یکی از قدیمی‌ترین آزمایش‌های علمی جهان از دل خاک بیرون می‌آید

صبح روز پنج‌شنبه، چندین ساعت پیش از طلوع آفتاب، مارجوری وبر به محل ملاقات در محوطه‌ی دانشگاه ایالتی میشیگان رسید. سه نفر دیگر از دانشمندان گیاه‌شناس در آنجا منتظر بودند تا کار خود را آغاز کنند. همان‌طور که آن‌ها در حال گرم کردن دست‌هایشان بودند، عضو دیگر گروه آن‌ها یعنی فرانک تلوسکی از دل تاریکی با بیلی بر دوش از راه رسید. وقتی همه جمع شدند، دکتر تلوسکی که رهبر گروه بود، نقشه‌ای که مانند طرح‎‌های معماری بود، بیرون آورد. نقشه آن‌ها را به ‌سوی گنجینه‌‌ی مدفون گیاه‌شناسی هدایت می‌کرد: یک بطری که با ماسه و بذرهایی قدیمی پر شده بود.

دکتر وبر و همکارانش آخرین متصدیان «آزمایش حیات بذر بیل» هستند: تلاشی به قدمت چند قرن برای درک این موضوع که بذرها تا چه مدتی می‌توانند بدون از دست دادن قدرت جوانه‌زنی خود در خاک خفته بمانند. به گزارش نیویورک‌ تایمز، هر ۲۰ سال، متولیان آزمایش هنگام شب به محل مخفی می‌روند، خاک را حفاری می‌کنند تا به بطری برسند، بذرهای آن را درون خاک استریل روی ظرفی پخش می‌کنند و می‌بینند که کدام‌ یک رشد می‌کند. این یکی از طولانی‌ترین آزمایش‌های جهان است که به مدت ۱۴۲ سال ادامه دارد و گیاه‌شناسان در لنسینگ شرقی امیدوار هستند حداقل ۸۰ سال دیگر ادامه داشته باشد.

آنچه در ابتدا به‌عنوان تلاشی ساده برای اندازه‌گیری ماندگاری بذر آغاز شد، با گذشت چندین دهه به آزمایش جالب‌تری تبدیل شد. با بهبود فناوری و افزایش دانش، پژوهشگران می‌توانند کارهایی فراتر از شمارش جوانه‌های موفق هر بطری انجام بدهند. آن‌ها می‌توانند جوانه زدن بذرها را بررسی و عوامل مؤثر بر ماندگاری بذر را تعیین کنند. دانش حاصل از پژوهش‌های آن‌ها می‌تواند به موارد مختلفی از احیای اکوسیستم‌های آسیب‌دیده گرفته تا ذخیره بذر محصولات کشاورزی برای مدت طولانی کمک کند.

بطری که تیم به‌ دنبال آن بود، حاوی بیش از هزار دانه بذر است: ۵۰ دانه از هر یک از ۲۱ گونه مختلف از خردل سیاه گرفته تا شبدر سفید تا تاج خروس. در سال ۱۸۷۹ ویلیام جیمز بیل، گیاه‌شناسی در ایالت میشیگان، ۲۰ عدد از این بطری‌ها را پر کرد و آن‌ها را به‌صورت ردیفی در جایی از محوطه‌ی دانشگاه دفن کرد. دکتر بیل فکر کرد که او و سپس جانشینانش هر پنج سال یک بار آنجا را حفاری کنند و بذرهای حفظ‌شده درون بطری را بکارند.

وقتی بذرها به‌وسیله‌ی گیاه والد پراکنده می‌شوند، همیشه بلافاصله رشد نمی‌کنند. زیر هر تکه‌ی خاص از زمین، مجموعه‌ای از بذرهای خواب وجود دارد که منتظر زمان مناسب خود هستند تا جوانه بزنند. اغلب آن‌ها برای یک فصل، چند سال یا حتی بیشتر به حالت خفته باقی می‌مانند تا زمانی‌که نشانه‌های مناسب جوانه‌زنی را دریافت کنند. این ذخیره گیاهی به‌عنوان بانک بذر شناخته می‌شود. دکتر بیل با بازآفرینی آزمایشی آن امیدوار بود که درک بهتری از مدت ماندگاری بذرها در خاک و علل تحریک‌کننده‌ی رشد آن‌ها به دست آورد. او احتمالا سعی داشت به کشاورزان محلی کمک کند که از تلاش برای کندن علف‌های هرز خسته شده بودند و می‌خواستند ببینند چقدر طول می‌کشد تا بذر علف‌های هرز کاهش پیدا کند و حجم کار آن‌ها کم شود.

در چند دور اول آزمایش، تعدادی از گونه‌ها شکوفا شدند و بذرها پس از ۱۰، ۱۵ و ۲۰ سال به‌راحتی رشد می‌کردند؛ اما با گذشت چندین دهه، از تعداد بذرهایی که جوانه می‌زدند، کم شد. اکنون فقط یک بذر قابل‌ اعتماد باقی مانده است: گل ماهور مواج (Verbascum blattaria) که بوته‌ای با گل‌های زردرنگ است. حدود نیمی از بذرهای گل ماهور از بطری سال ۲۰۰۰ حتی با اینکه بیش از یک قرن بود که زیر زمین به حالت سکون مانده بودند، شکوفا شدند.

امروزه کشاورزان به آن کمکی که انگیزه بیل برای دفن بطری‌ها بود، نیازی ندارند؛ اما دانشمندان گیاه‌شناس به دلایل دیگری این موضوع را بررسی می‌کنند که کدام بذرها و چقدر دوام می‌آورند.

لارس برادویگ، استادیار دانشگاه ایالتی میشیگان و یکی دیگر از اعضای گروه آزمایش بذر بیل، می‌گوید بانک‌های بذر نهفته در زیستگاه‌های مختلف از ناشناخته‌های بزرگ بوم‌شناسی احیا هستند. در برخی موارد، بذرهای گیاهان در معرض خطر انقراض یا گیاهانی که مدت‌ها است از بین رفته‌اند، ممکن است درون خاک پنهان باشد.

به گفته‌ی کارول باسکین، استاد علوم گیاه و خاک در دانشگاه کنتاکی که از نتایج آزمایش بیل در کار خود استفاده کرده، آزمایش دکتر بیل طولانی‌ترین آزمایش بذر است که شرایط طبیعی را با داده‌های دقیق ترکیب می‌کند. او می‌گوید: «فکر می‌کنم پروفسور بیل بهترین آزمایش را در اینجا داشته است. این کاش او بطری‌های بیشتری دفن کرده بود.»

_{بطری‌‌ها پس از آغازی اشتباه و وقتی نزدیک صبح شده بود، پیدا شد. هر بطری حاوی ۲۱ گونه از گیاه بود و از هرگونه ۵۰ عدد بذر وجود داشت}

تیم مجهز به بیل، دستکش و چراغ پیشانی نقشه‌ی خود را برای یافتن محل حفاری بررسی کرد. دکتر تلوسکی شروع به حفر گودال مرتب و مربع‌‌شکلی کرد؛ اما همان‌طور که عمیق‌تر و گسترده‌تر حفاری می‌کردند، خبری از بطری نبود. خورشید در حال بالا آمدن بود و اعضای گروه روحیه خود را از دست داده بودند.

وقتی دکتر بیل اولین‌ بار بطری‌های حاوی بذر را دفن کرد، قصد داشت هر ۵ سال یک بار آنجا را حفر کند و آزمایش او یک قرن طول بکشد؛ اما با گذشت زمان، افراد مشارکت‌کننده در آزمایش فاصله میان حفاری‌ها را به ۱۰ سال و سپس ۲۰ سال افزایش دادند. دو مورد با قدری تأخیر انجام شد: مورد ۱۹۱۹ به بهار ۱۹۲۰ منتقل شد که دکتر تلوسکی می‌گوید شاید با آنفلوانزای ۱۹۱۸ ارتباط داشته باشد و مورد سال ۲۰۲۰ به‌ علت تعطیلی‌های مرتبط با کووید ۱۹ به امسال منتقل شد.

برای تداوم آزمایش و ایجاد هماهنگی بین پژوهشگران در طول سال‌ها، سازمان نگهدارنده بذری در ایالت میشیگان ایجاد شده است که در آن هر نسل از گیاه‌شناسان ادامه‌ی کار را به همکاران جوان‌تر خود منتقل می‌کنند.

دکتر تلوسکی، استاد زیست‌شناسی گیاهی در دانشگاه و نیز هفتمین فرد مسئول آزمایش اولین بطری بذر خود را در سال ۲۰۰۰ به اتفاق متصدی پیشین یعنی جان زیوارت که در سال ۲۰۰۹ از دنیا رفت، از خاک بیرون آورد. چند سال پیش، او با فکر کردن به مرگ خود، نسخه‌ای از نقشه را به دیوید لوری دانشیار زیست‌شناسی گیاهی داد که تمایل داشت به آزمایش بپیوندد. مدتی بعد، دکتر تلوسکی از دکتر وبر و دکتر برودوینگ نیز خواست تا به آزمایش بپیوندند.

در طول سال‌ها، آنچه تصمیمات کاملا کاربردی دکتر بیل بود، جلوه‌ی اسرارآمیزی به خود گرفت. دکتر بیل هر بطری را در پوشش تاریکی بیرون می‌کشید، نه به خاطر اینکه هیجان‌انگیز باشد، بلکه برای محافظت از بطری‌های حاوی بذر دیگر در برابر نور خورشید که ممکن بود موجب شود آن‌ها پیش از زمان خود جوانه بزنند (آن‌ها به همین دلیل از لامپ‌های سبز در چراغ‌های پیشانی خود استفاده می‌کنند).

نقشه کاغذی پس از جابه‌جایی نشانه‌هایی که ابتدا محل بطری‌ها را نشان می‌داد، ترسیم شد. دکتر وبر گفت به‌تازگی پنهان‌کاری نیز ضروری است، زیرا هرچه آزمایش قدیمی‌تر می‌شود، علاقه به آن بیشتر می‌شود. به گفته‌ی وی، این عناصر مخفی و پوشیده اکنون بخشی از جذابیت آزمایش هستند، اما رفاقت و میل به دیدن ادامه آزمایش است که کار را ادامه می‌دهد.

دانه‌های قدیمی، ترفندهای جدید

کمی پس از ساعت ۶ صبح وقتی نور روز در حال پخش شدن بود بود، دکتر لوری متوجه شد که نقشه را اشتباه خوانده‌اند. آن‌ها مجبور شدند بار دیگر آنجا را حفاری کنند. بعد از چند هشدار دروغین (ریشه گیاه، سنگ) دکتر وبر که با دستان خود زمین را حفاری می‌کرد به شیء صافی برخورد کرد. او به‌آرامی با تشویق همکارانش بطری را از زمین بیرون آورد.

امسال، برای اولین‌بار بذرهای خارج‌شده مستقیما به محفظه‌ی رشد منتقل نشدند. در عوض، یکی دیگر از اعضای گروه یعنی مارگارت فلمینگ آن‌ها را به اتاقی سرد برد و در آنجا برخی از بذرهای ارزنی یا اسب‌واش (Setaria glauca) را که گونه‌ای از ارزن است که از سال ۱۹۱۴ در آزمایش جوانه نزده، برای تجزیه‌و‌تحلیل ژنتیکی جدا کرد.

_{فرانک تلوسکی، مدیر باغ گیاه‌شناسی ویلیام جیمز بیل در حال پخش کردن بذرها در سینی آزمایش}

کاشت بذر مانند این است که از آن سؤالِ بله یا خیر بپرسید: بذر یا جوانه می‌زند یا نمی‌زند؛ اما اغلب بذری که رشد نمی‌کند، کاملا نمرده است. دکتر فلمینگ گفت بررسی DNA و DNA بذر به دانشمندان اجازه می‌دهد تا آن را بیشتر بررسی کنند. آن‌ها می‌توانند بررسی کنند که آیا ماشین‌آلات بذر تخریب شده یا باقی مانده است، ماده ژنتیکی تا چه حد آسیب دیده است و با اینکه نمی‌تواند جوانه بزند، چه فرایندهایی ممکن است در آن امکان‌پذیر باشد.

آوردن نسل جدیدی از متولیان فرصتی برای بازاندیشی در مورد آزمایش‌های ممکن است. دکتر تلوسکی می‌گوید وقتی دانه‌ها دفن شدند، حتی نمی‌دانستیم که DNA چیست. با مشارکت چندین نسل، اکنون می‌توان به چندین سؤال بسیار اساسی که به ما در درک خواب و حیات بذر کمک خواهد کرد، پرداخت. درک بهتر از چیزی که باعث می‌شود بذرهای خاص در حالت خفته، عملکرد خود را حفظ کنند و نیز اینکه چه چیزی موجب جوانه‌زنی آن‌ها می‌شود، می‌تواند مفید باشد.

پس از اینکه سایر بذرها کاشته و آبیاری شد، تیم آن‌ها را نظارت خواهد کرد و منتظر خواهد ماند تا بذرهای ۱۴۲ ساله گل ماهور شاخه‌های سبز نازکی درآورد. آن‌ها سپس ترفندهای بیشتری را بر اساس یافته‌های اکولوژی گیاهی آزمایش خواهند کرد. امسال، کل بستر خاک را در دمایی پایین قرار خواهند داد تا زمستانی دیگر را شبیه‌سازی کنند. حاصل این حرکت در بذرهای سال ۲۰۰۰ رشد نهالی از گونه‌‌ی پنیرک برگ‌گرد بود. آن‌ها همچنین مورد جدیدی را امتحان می‌کنند: قرار دادن دانه‌ها در معرض دود. این کار ممکن است در برخی از گیاهان که پس از آتش‌سوزی‌ها رشد می‌کنند، جوانه‌زنی را تحریک کند. برخی از گیاهان مانند علف بواسیر هرگز در دوران آزمایش جوانه نزده‌اند. پژوهشگران امیدوار هستند نتیجه‌ی این سری از آزمایش‌های رشد آن‌ها طی چند هفته‌ی آینده مشخص شود.