Долгосрочный эксперимент
Долгосрочный эксперимент — это экспериментальная процедура, продолжающаяся в течение длительного периода времени с целью проверки гипотезы или наблюдения явления, происходящего с чрезвычайно медленной скоростью.Какая продолжительность считается «длительной», зависит от учебной дисциплины .Например, несколько полевых сельскохозяйственных экспериментов длились более 100 лет, но гораздо более короткие эксперименты могут квалифицироваться как «долгосрочные» в других дисциплинах. Эксперимент — это «набор действий и наблюдений», подразумевающий, что изучаемая система подвергается одному или нескольким видам лечения (удобрения, субсидированные школьные обеды и т. д.). Таким образом, долгосрочные эксперименты контрастируют с неэкспериментальными долгосрочными исследованиями, в которых манипулирование изучаемой системой невозможно (например, Большое Красное Пятно Юпитера ) или нежелательно (например, полевые наблюдения за поведением шимпанзе ).
По физике [ править ]
Оксфордский электрический колокол звонит в Оксфордском университете с 1840 года, хотя есть основания полагать, что он может быть на 15 лет старше. [1]
Часы Беверли в Университете Отаго ходят с 1864 года.
Эксперимент по изменению высоты звука проводится в Университете Квинсленда с 1927 года.
В ботанике [ править ]
 |
Эксперимент Уильяма Джеймса Била по прорастанию проводится с 1879 года. Это старейший продолжающийся эксперимент в ботанике. Его планируется завершить в 2100 году.
Эксперимент Godwin Plots в заповеднике Wicken Fen в Кембриджшире , Англия, проводится с 1920-х годов и исследует различия между участками растительности, которые никогда не вырубаются, и соответственно все четыре, три или два года и каждый год.
В сельскохозяйственных исследованиях [ править ]
Долгосрочные эксперименты проверяют устойчивость различных методов ведения сельского хозяйства, измеряемую тенденциями урожайности на протяжении десятилетий. Примеры включают эксперимент с парковой травой на экспериментальной станции в Ротамстеде (с 1843 г. по настоящее время), графики Морроу (с 1876 г. по настоящее время) в Университете Иллинойса в Урбане-Шампейне , поле Сэнборн в Университете Миссури (с 1888 г. по настоящее время), графики Магрудера. (1892 – настоящее время) в Университете штата Оклахома Оберна , Старое вращение (1896 – настоящее время) и Эксперимент Холи (1939–1982?).
Эксперименты в Ротамстеде показали, что «урожайность зерна можно поддерживать (и даже увеличивать) в течение почти 150 лет в монокультурах пшеницы и ячменя, при ежегодном внесении органических или неорганических удобрений». [2] Эти результаты показывают, что методы, которые некоторые сторонники устойчивого сельского хозяйства считают неустойчивыми , могут сохранить «способность фермы производить постоянно», по крайней мере, при некоторых обстоятельствах. Но даже если разнообразие культур в пространстве или времени ( севооборот ) и органические ресурсы не всегда важны для устойчивости, существует множество свидетельств из Ротамстеда и других мест, что они часто приносят пользу.
Эксперимент на альпийских пастбищах продолжается в Швейцарии в Шиниге-Платте с 1920-х годов, изучая влияние человека на альпийскую окружающую среду. [3]
Эксперимент Хоули примечателен как редкий пример долгосрочного эксперимента по органическому сельскому хозяйству без внешнего введения питательных веществ. Однако примерно через 30 лет было решено начать импортировать навоз. Существуют некоторые разногласия по поводу того, было ли «снижение относительной урожайности органической секции» следствием истощения питательных веществ в почве. [4]
В различных краткосрочных экспериментах бобовые (в симбиозе с азотфиксирующими ризобиями ) использовались в качестве источника азота, но хорошие краткосрочные урожаи не доказывают устойчивость системы. Проблема в том, что выделение азота из органического вещества почвы может восполнить дефицит азота бобовых на десятилетие и более. Старый севооборот показал, что азот из бобовых может компенсировать азот, удаленный из собранного урожая в долгосрочной перспективе. Ключевым моментом является то, что азот из бобовых не удалялся, как это было бы с соевыми культурами, а вспахивался в качестве сидерата. В старой севообороте сидераты выращивали зимой для снабжения азотом яровых культур (хлопчатника); это было бы менее практично в более холодном климате. [ нужна ссылка ]
К долгосрочным сельскохозяйственным экспериментам, начатым совсем недавно, относятся эксперименты по долгосрочным исследованиям сельскохозяйственных систем в Калифорнийском университете в Дэвисе, начатые в 1993 году. [5]
В микробиологии и эволюционной биологии [ править ]
В микробиологии [ править ]
В Британском центре астробиологии при Эдинбургском университете и в Институте аэрокосмической медицины при Немецком аэрокосмическом центре Чарльз Кокелл и Ральф Мёллер организовали «500-летний микробиологический эксперимент», который начался в июле 2014 года для изучения потери жизнеспособности. устойчивые к высыханию бактерии в течение длительного времени. В эксперименте изучаются вегетативные бактерии (крайне толерантные цианобактерии Chroococcidiopsis sp.) и спорообразующие бактерии ( Bacillus subtilis ). [6] [7]
Эксперимент включает в себя два дубовых деревянных ящика с дубликатами образцов, которые будут храниться в Эдинбургском университете и Музее естественной истории . Каждые два года в течение следующих 24 лет, а затем каждые 25 лет в течение следующих 475 лет будут открываться тройные образцы обоих организмов, содержащиеся в стеклянных ампулах, и подсчитываться количество жизнеспособных клеток. Первая временная точка была взята в 2014 году, а последняя должна быть взята 30 июня 2514 года. В каждом блоке эксперимент дублируется на эксперимент с пониженным и несниженным фоновым уровнем радиации, при этом один набор образцов хранится в свинцовый ящик для снижения фонового излучения, что позволяет изучать влияние радиации в сочетании с высыханием на жизнеспособность в течение длительных периодов времени. Это было мотивировано желанием понять, как микробы выживают при высыхании в пустынях, скалах, вечной мерзлоте и их потенциальное выживание в космосе. Также будут изучены разрушение и пути деградации биомолекул. Помимо основного эксперимента, существует множество образцов, включая пластины с высушенным агаром и эндолиты, для исследования в течение длительных периодов времени. [ нужна ссылка ]
Один из деревянных ящиков был доставлен в Музей естественной истории 27 февраля 2015 года и будет храниться в коллекции цианобактерий.
В эволюционной биологии [ править ]
E. coli Эксперимент по долгосрочной эволюции (LTEE), исследование экспериментальной эволюции , инициированное Ричардом Ленски , проводится с 1988 года на протяжении более 70 000 поколений. [8] [9] Эксперименты с эволюцией кукурузы в условиях искусственного отбора по содержанию масла и белка охватывают больше лет, но гораздо меньше поколений (всего 65). [10] [11]
Одомашненная чернобурка : программа разведения, продолжающаяся с 1959 года, привела к потрясающим результатам.
Эксперимент «Темная муха», начатый Сюичи Мори (Киотский университет) в 1954 году, изучает эволюцию обыкновенной плодовой мухи, выращиваемой в постоянной темной комнате в течение 57 лет (более 1400 поколений). В 2012 году третий преемник эксперимента, Наоюки Фьюз, выполнил полное секвенирование генома штамма и сообщил об изменениях примерно в 5% по сравнению со штаммом дикой природы. [12]
В экологии [ править ]
Национальный научный фонд США поддерживает ряд долгосрочных экологических экспериментов, в основном в экосистемах, которые менее непосредственно подвержены влиянию человека, чем большинство сельскохозяйственных экосистем. См . ЛТЕР . В Великобритании Фонд экологической непрерывности работает над продвижением и обеспечением будущего долгосрочных экологических экспериментов, ведя реестр экспериментов, в которых методы лечения применялись в течение как минимум шести лет.
Ряд других территорий, иногда называемых принудительными парками , можно рассматривать как давние экологические эксперименты, поскольку они были заброшены человеком и возвращены в почти дикое состояние. К ним относятся территории, заброшенные по политическим причинам, такие как Корейская демилитаризованная зона , или загрязнение окружающей среды, например, Зона отчуждения Чернобыльской АЭС .
В медицине и психологии [ править ]
Фрамингемское исследование сердца проводится непрерывно с 1948 года.
Грантовое исследование в Лаборатории развития взрослых отделения психиатрии Женской больницы имени Бригама , филиала Гарвардской медицинской школы , проводит лонгитюдное исследование человека развития взрослого , наблюдая за двумя группами людей по мере их старения (268 Гарварда выпускников и 456 мужчин из центральной части Бостона ). Исследование продолжается с 1937 года и на данный момент является самым продолжительным из когда-либо проводившихся исследований взрослой жизни.
Ссылки [ править ]
- ^ «Экспонат 1 – Сухая куча Кларендона» . Кафедра физики . Оксфордский университет . Проверено 30 января 2021 г.
- ^ Дженкинсон Д.С. (январь 1991 г.). «Долгосрочные эксперименты Ротамстеда: они все еще полезны?». Агрономический журнал . 83 (1): 2–10. Бибкод : 1991AgrJ...83....2J . дои : 10.2134/agronj1991.00021962008300010008x .
- ^ Хегг О, Шаффнер Ю (2012). 80 лет экспериментальных исследований экосистемы на плате Шиниген в Бернском Оберланде (на немецком языке). Хаупт Верлаг АГ. ISBN 9783258077208 .
- ^ Стэнхилл Дж. (январь 1990 г.). «Сравнительная продуктивность органического сельского хозяйства». Сельское хозяйство, экосистемы и окружающая среда . 30 (1–2): 1–26. Бибкод : 1990AgEE...30....1S . дои : 10.1016/0167-8809(90)90179-H .
- ^ «Долгосрочные исследования сельскохозяйственных систем» . Калифорнийский университет в Дэвисе.
- ^ Кокелл С. (май 2014 г.). «500-летний микробиологический эксперимент» . Микробиология сегодня (Первая мировая война): 95–96.
- ^ Кокелл С. (2015). «500-летний эксперимент» (PDF) . Астрономия и геофизика . 56 (1): 28–29. Бибкод : 2015A&G....56a1.28C . doi : 10.1093/astrogeo/atv028 .
- ^ Блаунт З.Д., Borland CZ, Lenski RE (июнь 2008 г.). «Историческая случайность и эволюция ключевой инновации в экспериментальной популяции Escherichia coli» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (23): 7899–906. Бибкод : 2008PNAS..105.7899B . дои : 10.1073/pnas.0803151105 . ПМЦ 2430337 . ПМИД 18524956 .
- ^ Ленски, Ричард Э. (09 марта 2020 г.). «Мы прерываем этот ужасный вирус хорошими новостями о бактериях» . Возвращение к Теллиамеду . Проверено 27 мая 2021 г.
- ^ Берсон Б.Л., Башоу ЕС (1969). «Поведение, передача и морфологические эффекты дополнительных хромосом у Panicum coloratum L.1». Растениеводство . 9 (2): 176–181. дои : 10.2135/cropsci1969.0011183X000900020020x .
- ^ Дадли Дж. В., Ламберт Р. Дж. (1969). «Генетическая изменчивость после 65 поколений селекции штаммов Zea mays L.1 с высоким содержанием масла, низким содержанием масла, высоким содержанием белка и низким содержанием белка в Иллинойсе». Растениеводство . 9 (2): 179–181. дои : 10.2135/cropsci1969.0011183X000900020021x .
- ^ Изуцу М., Чжоу Дж., Сугияма Ю., Нишимура О., Айдзу Т., Тойода А. и др. (14 марта 2012 г.). «Особенности генома «Dark-fly», линии дрозофилы, длительное время выращиваемой в темной среде» . ПЛОС ОДИН . 7 (3): e33288. Бибкод : 2012PLoSO...733288I . дои : 10.1371/journal.pone.0033288 . ПМК 3303825 . ПМИД 22432011 .