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[科技] 持续 140 多年，熬倒三代科学家，这个史上最漫长的实验到底在研究啥？

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丁日美女 发表于 2024-1-2 15:30:00 | 只看该作者 打印 上一主题 下一主题
 
持续 140 多年，熬倒三代科学家，这个史上最漫长的实验到底在研究啥？ 第1张图片


我们日常生活中随处可见种子，从花生米到咖啡豆，种子无处不在。但种子不仅仅是我们餐桌上的美味，在植物学中，它们代表着生命的起点。
一粒种子，包裹着未来的希望：种皮为其提供保护，胚则是生命的起源，而胚乳则充满营养物质。但你知道种子的生命力有多么强大吗？最长可以存活多久？然而，在看完这篇文章之前，应该没人敢相信，目前种子存活的最长纪录是 3.2 万年！
持续 140 多年，熬倒三代科学家，这个史上最漫长的实验到底在研究啥？ 第2张图片

各种种子 图片来源：作者AI生成
冻土层中 3.2 万年前的种子复活了


想象一下，在动画电影《冰川时代》中，那只追求坚果的松鼠可能从未想到，它的远古同类所埋藏的种子，会在 3.2 万年后成为科学的奇迹。
2007 年，俄罗斯的古生物学家在西伯利亚科雷马河的永久冻土层深处，发现了一系列古代松鼠的巢穴。这些洞穴深藏地下 20 至 40 米，成为时间的胶囊，里面保存着一批约 3.2 万年历史的植物种子。
到了 2012 年，科学家们启动了一项前所未有的尝试：复活这些古老的种子。他们成功培育出了狭叶蝇子草（Silene stenophylla），这不仅是植物学史上的一大突破，更是最古老的植物种子复活纪录的刷新。
但这个复活过程并非简单的种植，而是一项技术挑战。科学家们首先从这些远古种子中提取胚胎组织，然后利用精密的组织培养技术，才实现了这一生命的重启。
那么，这些埋藏了 3.2 万年的种子为何得以存活至今？研究人员推测，这些种子在被松鼠埋藏后，被冻结在永久冻土层中，而这层冻土自那时起便未曾融化。这种冰封的环境为种子提供了一个独特的保存条件，让它们得以穿越时光。
当这批 3.2 万年前的植物种子被专业科研团队发现并复活时，它们不仅展示了过去的遗迹，还为我们提供了研究古代生物的独特机会。经过培育，这些古老的狭叶蝇子草开出了花朵，虽然在花瓣间隙、长度和叶片形态上与现代同类植物略有不同，但其本质特征保持不变，成为连接过去与现在的生物桥梁。
持续 140 多年，熬倒三代科学家，这个史上最漫长的实验到底在研究啥？ 第3张图片

持续 140 多年，熬倒三代科学家，这个史上最漫长的实验到底在研究啥？ 第4张图片

3.2 万年前的种子长出的狭叶蝇子草 图片来源：参考文献1
古堡碎石中的两千年种子奇迹


在狭叶蝇子草种子刷新古老种子复活纪录之前，有一个故事已经在科学界流传：两千年前的枣椰树种子的复活。这个故事始于以色列南部的阿拉瓦沙漠，一个曾经是枣椰树生长地的地方。
这些树木因为气候变迁和缺乏水源逐渐消失了数百年。然而，40 年前，在挖掘死海东岸的古堡马察达要塞时，考古学家们发现了一批枣核，正是这些枣核使得消失已久的枣椰树再次在现代焕发生机。
科学家们用这些古老的枣核进行了一系列精心的实验。他们将枣核放入保温瓶中，缓缓灌水，并使用赤霉酸和植物生长激素来促进它们发芽生根。随后，这些种子被种植在充满新鲜土壤的盆栽中。
经过 26 个月的悉心培养，这些沉睡了两千年的枣椰树种子不仅发芽了，还长到了 121 厘米的高度。这种复活在极端干燥和炎热的死海地区气候条件下成为可能，这些条件为种子提供了一个几乎完美的自然保存环境。
通过对这些古代枣椰树叶片的 DNA 分析，科学家发现，尽管这些古老品种与现代枣椰树在基因层面有超过 50%的相似度，但它们仍然保留了独特的历史印记。
最令人惊喜的是，经过不懈地努力，这些古代树木甚至结出了果实。第一批收获的椰枣平均每颗重约 18 克，被描述为极其美味。这种科研成果不仅仅是科学的胜利，更是一个关于时间和生命力的美丽故事。尽管我们还无法目睹恐龙的复活，但已经可以品尝到数千年前的椰枣，这正是科学研究的魅力所在。
持续 140 多年，熬倒三代科学家，这个史上最漫长的实验到底在研究啥？ 第5张图片

图 32 千年前的种子长出的枣椰树（A：种子；B：生长 3 个月后达到 15 厘米；C：生长 7.5 个月达到 31 厘米；D：生长 26 个月达到 121 厘米） 图片来源：参考文献2
为了测定种子寿命
科学家做了一个持续一百年的实验

在 2021 年 4 月一个寂静的凌晨，密歇根州立大学的一个隐秘角落成为了一群植物学家的聚集地。他们头戴探照灯，手持铁锹和卷尺，遵循一张陈旧的地图，开始了一场不同寻常的挖掘。
他们的目标不是传统意义上的宝藏，而是一批埋藏了 142 年的种子，这些仅仅是一些普通的杂草种子。但它们却是一项历时长达一个世纪以上的伟大科学实验的一部分。不过，这是一项十分漫长而伟大的科学实验，直至今日，这项实验已经进行了 140 多年，而且还得再等 80 年才能结束。
持续 140 多年，熬倒三代科学家，这个史上最漫长的实验到底在研究啥？ 第6张图片

图4 挖掘种子的示意图 图片来源：作者 AI 生成
这项由威廉·詹姆斯·比尔教授于 1879 年设计的实验，目的是探索休眠种子的实际寿命。比尔教授准备了 20 个玻璃瓶，每个瓶子装有 1050 颗来自 21 种不同植物的种子，每种各 50 颗，与湿润的沙子混合后埋藏于校园内。
最初，计划每隔 5 年挖掘一瓶来测试种子的存活状况。然而，随着时间的推移，这个时间间隔逐渐延长，从 20 世纪 20 年代的 10 年延长到 80 年代的 20 年。
经过一个多世纪的漫长等待，这些种子中的大多数已经失去了生命活力，但令人惊奇的是，毛瓣毛蕊花（Verbascum blattaria）的种子仍然保持着生命力。这一发现不仅验证了种子惊人的生命力，还为我们提供了关于种子存活和生态系统恢复的宝贵数据。
持续 140 多年，熬倒三代科学家，这个史上最漫长的实验到底在研究啥？ 第7张图片

从比尔教授保藏的第 16 个瓶子中取出种子并发芽生长 图片来源：参考文献3
比尔教授最初设计这项实验的目的是为农业提供参考，了解杂草种子在农田中的生存周期。但随着时间的推移，这项实验的意义已经超越了最初的目的，为我们提供了关于种子长期保存和生态环境改善的重要见解。这项实验预计将在 2100 年结束，目前仍有 4 个玻璃瓶等待着科学家们的发掘。
结语


这些关于种子的故事，从古冰土和沙漠碎石中的千年复活到密歇根州立大学的百年实验，不仅展示了种子作为生命起源的不朽力量，还揭示了自然界中生命与时间的微妙交织。
这些种子横跨千年历史，成为我们与过去的桥梁，同时也是科学探索和自然保护的重要标志。它们教会我们尊重自然，提醒我们在维护地球生态平衡中的责任，展现了自然界等待我们去探索、理解和保护的无尽奇迹。

参考文献
[1] Yashina et al. Regeneration of whole fertile plants from 30,000-y-old fruit tissue buried in Siberian permafrost. PNAS. 2012, 109(10), 4008-4013.
[2] Sallon et al. Germination, genetics, and growth of an ancient date seed. Science. 2008, 320, 1464.
[3] Fleming et al. The 141‐year period for Dr. Beal's seed viability experiment: A hybrid surprise. Am Journal of Bot. 2023, 110: e16250.


策划制作
本文为科普中国-星空计划作品
出品｜中国科协科普部
监制｜中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司
作者丨Denovo 科普团队
审核丨王康 国家植物园科普馆馆长
策划丨丁崝
责编丨王梦如


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