蹲實驗室直到 2514 年!為了知道「細菌可以存活多久」,科學家展開 500 年接力研究計畫

【我們為什麼要挑選這篇文章】細菌的壽命目前沒有人能夠知道可以延續多久,為了要揭曉真相,必須要等到 2514 年以後,幾代科學家可能畢生奮鬥都看不到結果,著名的瀝青滴漏實驗、觀察大腸桿菌的進化等,實驗必須做到到天荒地老。掉進時光隧道的科學家們,能有多少次機會,用毅力跟壽命,成功解開生命密碼呢?(責任編輯:鄧天心)

歲月如流,大抵沒一個地方比實驗室更像時光隧道。有些科學家,窮一生精力埋首於一項研究。但有些研究,為揭曉真相,一生甚至太短,需要窮盡幾代,或幾個世紀的科學家心血來經營。假設一切順利,保存在蘇格蘭一個木箱裡的玻璃瓶內,一些細菌樣本將會在遙遠將來解開科學家的疑團,然而,實驗結果非你我甚或當下人類可以見證,人皆渺小,實驗的最終目標設在 2514 年。

2514 年,蘇格蘭愛丁堡大學未必健在,但在 2014 年,愛丁堡大學著手研究細菌的壽命之謎。過去多年,關於細菌的壽命,科學家一直無法得出準確說法,只能證實在某些環境下,細菌會加速繁殖,或迅速死亡。理論上,細菌的壽命能上千百年,因此,要知道答案,實驗年期就需要超越人類的壽命界限。

500 年研究計畫,每 24 年觀察一次

德國微生物學家 Ralf Möller 負責策劃這項長達 500 年的研究計劃。800 個密封玻璃瓶內,保存著包括名為 Chroococcidiopsis 的藻菌和另一枯草桿菌(Bacillus subtilis)。當中有一半玻璃瓶以鉛遮蔽,以保護細菌樣本的 DNA 免受外界輻射影響。另外,由於不可能預設一套適用 500 年亦萬無一失的完整對策,在倫敦自然歷史博物館還設有一組相同的後備實驗。

一切準備就緒,研究人員會在前 24 年每隔一年觀察一次,其後 475 年則每隔 25 年觀察一次,並重複評估,測試細菌的生存能力和 DNA 受損程度,而該實驗剛在去年底公佈了第一組數據,順利邁出了第一步。

用 40 年換得一滴瀝青「滴漏實驗」

當然,在 Ralf Möller 和他的研究團隊之前,歷史上亦有其他雄心萬丈,致力於長期實驗的科學家,實驗內容更可謂別開生面。例如在 1927 年,物理學家 Thomas Parnell 就創立了著名的瀝青滴漏實驗(Pitch Drop Experiment)。常見於鋪設路面的瀝青,在室溫下看似堅固,而且可以用錘子輕易打成碎塊,但在理論層面,瀝青其實是一種粘度比水高出 1,000 億倍的流動液體。

為證明瀝青確實擁有超高粘性的流動性,並作為世界上最厚的已知流體,Thomas Parnell 先將加熱的瀝青放在一個底部封住的玻璃漏斗裡,讓其冷卻固定 3 年之後,就剪開漏斗底部的封口,正式開始實驗,讓瀝青「慢慢」從漏斗中滴出。慢到一個讓人難以置信的速度,因為第 1 滴瀝青從漏斗掉落之時,已經用了 8 年時間。而收集其後的 5 滴瀝青,又再等了超過 40 年。

由於漏斗被保存於一般的展示櫃,瀝青的流動速度會隨著溫度和季節變化而改變。實驗至今近 90 年,只收集了 9 滴瀝青,可謂每滴都是歲月的證明。對上那一滴則來自 2014 年 4 月,據實驗團隊估計,下一滴將會在 2020 至 2030 年出現。

由於耗時甚鉅,這個列入健力士世界紀錄持續時間最長的實驗室實驗,至今已交由好幾代科學家團隊接力。在 Thomas Parnell 過身之後,John Mainstone 教授在 1961 年繼承了其工作,監察這項研究長達 52 年。不過,他們都在漏斗上的瀝青滴完之前辭世,無緣見證最終成果。

已到第 70,500 代大腸桿菌,沒有終止研究的一天?

研究經年,橫跨世紀的科學實驗,從來不在少數。當遇到成功案例,則更令人鼓舞。譬如說,密芝根州立大學就持續進行一場耗時數以十年的大腸桿菌實驗。微生物學家 Richard Lenski 自 1988 年 2 月起進行這項研究,觀察大腸桿菌如何在世代繁殖間出現異變和進化。由於大腸桿菌繁殖速度極快,就像觀察超高速的進化一樣,目前已去到第 70,500 代。

不過,Richard Lenski 透露,他最初並沒考慮到這麼遙遠,以為只會是一個持續幾年的實驗。當研究一籌莫展之際,他甚至考慮就此結束實驗。「但當我向人們提及我想終止研究時,他們都說:『你不可以。』這讓我意識到,人們會欣賞實驗本身的漫長過程和它的潛在驚喜。」大腸桿菌實驗一直進行到 2003 年,Richard Lenski 及其團隊終於發現,經過突變進化後,大腸桿菌會產生一種吞食檸檬酸(citrate)的能力,亦成為其中一個令人驚訝的意外收獲。

有些長期科研實驗,需要政府或私人機構提供長期經費支援。而 Ralf Möller 的 500 年長期微生物學實驗,耗時雖久,但在人力和經費上所需不多,因為它只需要一名研究人員每隔 25 年進行一次研究。

但破天荒的漫長研究,還是有一些前提,如「大西洋」記者 Sarah Zhang 所形容,不但研究者需要心態樂觀,「我們也似乎需要對當前的世界太平持樂觀態度」。首先,是人們在這幾百年期間並沒有遺忘或荒廢這項研究。另外,亦意味著在未來的 5 個世紀,並沒有爆發世界大戰,而科學始終是人類社會的主流,得以穩定發展,擁有足夠的資源將實驗延續。

而到時候,無論是 Ralf Möller 以及這群來自英、德、美國的科學家團隊,都早已過身。「他們永遠不會知道這個在 2014 年引起了他們興趣的問題,細菌的真正壽命。」

但 Ralf Möller 當下認為,實驗折射了人類之於生物體系中的短暫,以及科學家的謙卑精神。這個星球上的生命,往往都不能夠用人類標準來觀察,以至丈量。「要解讀生命的意義,是一項遠遠超出人類壽命的工作。」

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(本文經媒體 cup 媒體 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈愈慢愈浪漫:留給 500 年後的科學實驗 〉,首圖來源:BERND WUSTNECK/AFP/Getty Images。)

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