这些已有142年历史的种子在地下沉睡一个多世纪后发芽

这些顽强的植物是密歇根州立大学一项长达数百年的实验的一部分。
Two scientists dig with a shovel.
植物生物学助理教授 David Lowry 和植物生物学助理教授 Marjorie Weber 正在挖掘 Beal 瓶,以延续这项始于 140 多年前的种子萌发研究。

在黑暗的掩护下,一群科学家手持手电筒和一张 1879 年的地图,在一个寒冷的密歇根之夜出发。这张地图标记着一份不太可能的宝藏的秘密位置:几个世纪前埋在地下的种子瓶,它们耐心地等待着复苏的时刻。 

所有这些神秘的物品都是密歇根州立大学 (MSU) 一项正在进行的生物学实验——Beal 种子实验的一部分,该实验旨在找出种子在土壤中能够存活多久。最近这 13 粒种子成功发芽表明,答案至少是 142 年。这项实验以其创始人、植物学家 William James Beal 的名字命名,已成为该大学植物学家们一项持续进行的、活着的遗产。 

为了验证他多年前提出的问题,Beal 在 MSU 的校园里埋下了 20 瓶种子,瓶子几乎是倒置的,但有一个小角度,以避免积水,同时又能让湿气和土壤进入。每个瓶子里装着 21 种植物的 50 粒种子,每瓶总共 1050 粒。最初的计划是每五年挖掘出一个瓶子,然后种植里面的种子,看看会有什么生长。 

1910 年 Beal 退休后,他将这项实验传给了同事、植物学教授 H.T. Darlington 继续他的工作,这是首次交接。1920 年,两次挖掘之间的时间间隔延长到 10 年,1990 年又延长到现在的 20 年。上一个瓶子原定于 2020 年出土,但由于疫情导致校园和温室关闭,因此推迟了一年。 

现在,MSU 植物生物学教授 Frank Telweski 是负责这些瓶子研究的团队中最资深的成员,他也曾在 2000 年挖掘过一个瓶子。Teleski 最近决定扩大团队,不再只由一位继任者负责,以代表在种子活力研究方面的专业知识多样性。 

“由于团队的多元化,人们有不同的视角,并将他们不同的知识带入其中,”Telewski 说。“我们可以开始扩展 Beal 当初的一些工作,并真正建立在自他设计和启动实验以来积累的 140 年科学之上。”

目前的团队包括植物生物学家 David Lowry、恢复生态学家 Lars Brudvig、进化生态学家 Marjorie Weber 以及进化和分子生物学家 Margaret Fleming,后者曾在美国科林斯堡国家基因资源保护实验室工作。Weber 和 Fleming 是该实验中最早参与的两位女性。 

今年这 13 粒成功发芽的种子似乎是同一个物种:一种开黄花的杂草,一种相当常见的植物,名为《毛茸茸的飞燕草》(Verbascum blattaria)。飞燕草的持续成功证明了这种顽强的种子是未来种子活力实验的绝佳选择。

“我会 naively 地认为,所有种子都很小的东西都活不了多久,”Lowry 说。“你通常认为那些拥有充足资源的、更大的种子能够长时间地在土壤中存活,但这似乎并非如此。现在我们知道,可能有很多种子很小的东西能够在土壤中存活数百年。” 

如果在一周左右的时间里没有更多植物发芽,科学家们将尝试通过为期八周的冷处理来模拟冬季,以启动生长,这种技术曾在 2000 年促成了一粒额外的种子发芽。 

然后,他们将尝试一些对该实验来说是新的处理方法,例如液体烟雾处理,他们预测这种方法可以触发火weed 种子(在实验的历年里从未生长过)的生长。其理念是模拟烟雾中触发某些物种在经常发生火灾环境下的萌发化学物质。他们还将用植物激素赤霉素处理种子,以刺激生长。

最后,Fleming 将测试任何未发芽种子的代谢和核酸活性,因为有些种子可能仍然具有一些功能性的代谢成分,但这些成分已经损坏,导致它们无法发芽。 

“它们就像僵尸种子,如果你愿意这么说的话,”Telewski 说。“[Fleming] 将会看看是否能找到一些仍然显示出一定程度生命力的种子,但不足以让它们发芽。这可能是 Beal jamais 能够梦想到的事情。”

成功发芽的植物将稍后在 W. J. Beal 植物园展出,该花园是 Beal 创立的学生户外实验室,Telewski 也是该花园的负责人。 

即便如此,最初关于种子活力的疑问仍未得到解答,只有项目的延续才能提供答案。 

地下还有四个瓶子,按目前的节奏,实验预计将在 2100 年结束。虽然科学家们曾考虑将挖掘间隔延长到 50 年,但如果没有任何东西生长,就很难确切知道种子是什么时候停止具有活力的。 

更长的挖掘间隔也会给维持科学家代际之间的连续性带来挑战。最近发生的事件已经证明了该项目的脆弱性。 

“Frank 把地图给了我,他说,‘万一我出了什么事,我希望你有这份地图’,”Lowry 说。“接下来的一个月他中风了。幸运的是,他已经基本康复了,这真是太棒了,但这让我意识到,这些东西很脆弱,你必须有几个人知道瓶子的位置。你也不想拖得太久,因为可能没有机构记忆来让你继续进行这项实验。”

对未来更有可能的是,团队将开始一项“Beal 2.0”,即实验的第二个版本。但在设计新研究时,有许多问题需要考虑,例如使用什么种子的物种、瓶子的位置以及开启的速度。 

然而,研究人员几乎已经确定的是,每次挖掘将取出两个瓶子。一个瓶子的种子将按原实验那样种植。第二套将用于破坏性取样,这是正确分析 DNA、RNA 和其他代谢过程如何分解所需的类型。 

尽管 Telweski 已经开始收集可能很快放入新瓶子的种子,但截至目前,规划仍在进行中。

“我们已经意识到,这是一场持久战,”Lowry 说。“这些实验太漫长了,值得我们仔细规划,确保在前进之前已经考虑了所有能想到的问题。”

 

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