种子保持其发芽能力的时间有多长？

他们在夜深人静时秘密聚集。为了找到方向，他们参考了百年前绘制的地图，数着步子，用指南针进行三角定位。当他们到达希望正确的地点时，就开始挖掘。

这听起来像是电影里的情节，但却是真实生活中反复上演的场景——而且大约17年后还会再次上演。寻宝者是密歇根州立大学的一群科学家，他们参与了世界上最长寿的实验之一。他们的宝藏不是一箱黄金，而是1879年埋藏的一批种子。他们代代相传的使命是回答一个看似简单的问题：种子能保持生长能力多久？

从技术上讲，种子是包裹在保护性外壳中的植物胚胎，其中还包含储备的食物。它也是潜力的微小集合：一株草，一朵芬芳的花，一棵参天大树，都被整齐地包装好，等待着适宜的生长条件。但种子不能永远等待——过一段时间，它们就会失去萌发的能力。

“它们很奇怪，因为它们的工作是保持原样，直到它们发生变化。这使得研究它们非常困难，因为我们测试种子能否发芽的最佳方法就是尝试让它发芽，”密歇根州立大学植物、土壤和微生物科学系的助理教授Margaret (Grace) Fleming说。

结果各异

种子寿命的问题引起了威廉·J·比尔教授的兴趣，他于1870年被密歇根州立大学聘用。密歇根州立大学，当时被称为州立农业学院，有一个名为“农民学院”的推广项目，学院的科学家们会与农民会面，分享农业科学的最新消息，并回答农民的问题。

“农业中一个一直存在的大问题就是杂草，”比尔植物园和校园树木园名誉教授兼主任Frank Telewski说。“我可以想象农民们会问比尔教授：‘我们必须除多少年草才能彻底清除这些讨厌的杂草，提高我们的作物效率？’”本质上，他们想知道地里的杂草种子会继续对新作物造成破坏多久。

为了回答这个问题，比尔设计了一个实验。1879年秋天，他收集了20个玻璃瓶，每个瓶子里都装满了密歇根州的沙质土壤，土壤中含有23种常见杂草的50粒种子。然后，他将它们埋在20英寸深的地方，瓶子是敞开的，并向下倾斜，以便气体交换，但防止积水。这样做，他隔离了它们，同时模拟了种子埋在地下的条件。然后，他等待着。

1884年，他挖出了第一个瓶子，并试图将种子发芽。结果因物种而异——50粒荠菜种子全部发芽，45粒卷叶苘麻、38粒待霄草、26粒野艾菊和3粒水胡椒也发芽了。另一方面，没有一种豚草、黑芥菜、斑点耳草、侧柏、麦蓝菜、黑麦草、美洲炔草或宽叶车前草的种子发芽。

比尔继续他的实验，持续了接下来的三十年，每五年挖出一个瓶子并记录哪些种子生长了。1910年退休时，他将项目交给了他的同事Henry Townsend Darlington。Darlington注意到，在每五年的间隔中，同一批种子倾向于发芽，并看到了一个机会。

“他说，‘这太棒了，但与其每五年一次，不如我们将其改为每十年一次，延长这个实验，看看会发生什么，’”Telewski说。随着项目继续传递给新一代科学家，他们继续看到相同的常客发芽；1980年，当时还剩下六个瓶子，密歇根州立大学教职员工投票决定将间隔延长至每20年一个瓶子。该实验计划持续到2100年。

隐藏且未被扰动

Telewski记得读到过关于1980年挖出瓶子的新闻报道。“我那时只是个卑微的研究生，”Telewski说，他刚开始攻读植物学博士学位。他回忆说：“这真是太棒了，多好的实验啊。但我从未想过，甚至做梦也未曾想过我会参与其中。”

然而，到了2000年，Telewski已经在密歇根州立大学任职，他的资深同事Jan Zeevaart邀请他加入这项实验。“我简直惊呆了，”Telewski回忆道。“在一个风和日丽的春日，我和Jan在校园里见面，挖出了一个瓶子。”他们成功地培育出了23株毛叶莲花（一种高大的穗状花，有淡色花朵，俗称“毛越”）的幼苗，以及一株锦葵（一种叶子圆形的锦葵）。

2017年，Telewski开始招募年轻一代的科学家在他退休后接手这项实验。他的时机恰恰突显了多个合作者在项目中的重要性——在招募到他的新伙伴之一David Lowry几个月后，Telewski中风了。在他康复期间，他和Lowry讨论了他们对项目的期望。

“我们开始谈论，如何将比尔实验带入21世纪？”Telewski说。“我们可以问哪些问题，我们拥有哪些以前没有的技术？除了简单的寿命和杂草种类问题，还有哪些科学领域会对这个项目感兴趣？”

带着这些问题，他们又招募了三位合作伙伴：Lars Brudvig、Marjorie Weber和Margaret Fleming。这些科学家带来了他们在恢复原有动植物群落方面的研究经验，研究生态关系如何影响进化，以及研究种子代谢活动背后的分子生物学。

新招募的科学家第一次接触比尔的种子因COVID-19而推迟了一年，但在2021年4月的一个雪夜，他们出发去取第五个也是最后一个瓶子。这次任务发生在凌晨，目的是防止种子暴露在可能触发萌发的阳光下，并保持瓶子的位置不被发现且不被打扰。“我们都到了集合地点，感觉非常神秘。就像在一个秘密社团里，”Fleming说。

为了延续这个当时已有142年历史的实验，寻找瓶子的方式依然古老而迷人。“这基本上是一张藏宝图，”Fleming说。“我们必须根据参照物的步数和线的交点来精确计算出洞穴的位置。”在寒冷黑暗中搜索了半个小时后，他们开始挖掘，很快，他们的铲子就碰到了盛放比尔瓶子的混凝土结构的墙壁。

回到实验室，他们倒出了瓶子，将种子放在气候控制的生长箱中，放在无菌土壤的育苗盘里，以确保没有新的污染物代替142年前的比尔种子发芽。一周后，正如预期的那样，第一株毛叶莲花幼苗破土而出。总共有20粒毛叶莲花种子发芽。

目前尚不清楚为什么毛叶莲花种子如此长寿；答案可能在于其具有渗透性的种皮，允许少量水分渗入，但Fleming说：“我们真的不知道。”这是她和她的同事们希望在未来几十年研究中解答的众多问题之一。

长期数据

为了帮助解开种子寿命的奥秘，研究人员正在转向比尔从未设想过的各种工具和学科，包括对植物基因组和蛋白质的分析。“我们将进行比尔2.0，即完全按照他设定的方式复制比尔的实验——但这次我们对某些物种何时会死亡有了一定的了解，我们可以在这些时间点进行取样，观察哪些东西正在退化，哪些东西在发生变化。蛋白质是否出了更多问题，还是RNA？还是其他什么？”Fleming说。

该团队还启动了一系列社区科学项目，以收集更多关于种子在东兰辛以外不同地区行为的数据。“我认为求助于社区比我自己去不同地方埋种子更有效率。这样，我们就有可能获得全球参与，”Fleming说。为非科学家设计的实验版本并不依赖于一个可以数个世纪不被打扰的土地，人们可以在几个月后提交他们的观察结果。Fleming还希望通过学校参与，将种子项目变成一个时间胶囊，以获取长期数据。（要注册，请访问https://citsci.org/projects/seed-burial-experiment。）

至于最初的比尔实验，还有四个瓶子埋在地下，等待着被研究。Telewski在挖出2021年的瓶子后已经退休，但他希望作为旁观者参加2040年的挖掘。“你有一个实验，它得到了所有这些以前的科学家们如此尽职尽责的照顾和守护，而接力棒已经传给了你来完成这一棒，”他说。“这真的很迷人，也很有意义。”

此故事最初发表于我们2024年5月/6月号。点击 此处 订阅，阅读更多类似的故事。