Langzeitexperiment - Long-term experiment
Ein Langzeitexperiment ist ein experimentelles Verfahren, das über einen langen Zeitraum läuft, um eine Hypothese zu testen oder ein Phänomen zu beobachten, das extrem langsam abläuft. Welche Dauer als „lang“ gilt, hängt von der akademischen Disziplin ab . So laufen beispielsweise mehrere landwirtschaftliche Feldversuche seit mehr als 100 Jahren, aber in anderen Disziplinen können wesentlich kürzere Versuche als "langfristig" gelten. Ein Experiment ist "eine Reihe von Aktionen und Beobachtungen", was bedeutet, dass dem untersuchten System eine oder mehrere Behandlungen (Dünger, subventioniertes Schulessen usw.) auferlegt werden. Langzeitexperimente stehen daher im Gegensatz zu nichtexperimentellen Langzeitstudien, bei denen eine Manipulation des untersuchten Systems unmöglich (Jupiters Großer Roter Fleck ) oder unerwünscht (Feldbeobachtungen des Schimpansenverhaltens ) ist.
In Physik
Die Oxford Electric Bell läutet seit 1840 an der Oxford University , obwohl einige Gründe zu der Annahme bestehen, dass sie 15 Jahre älter ist.
Die Beverly Clock an der University of Otago läuft seit 1864.
Das Pitch-Drop-Experiment läuft seit 1927 an der University of Queensland .
In der Botanik
Das William James Beal Keimungsexperiment läuft seit 1879. Es ist das älteste laufende Experiment in der Botanik. Die Fertigstellung ist für 2100 geplant.
Das Godwin-Plots- Experiment im Wicken Fen- Reservat in Cambridgeshire , England, läuft seit den 1920er Jahren und untersucht die Unterschiede zwischen Vegetationsflächen, die nie gemäht werden, bzw. alle vier, drei oder zwei Jahre und jedes Jahr.
In der Agrarforschung
Langzeitversuche testen die Nachhaltigkeit verschiedener Anbaumethoden, gemessen an Ertragstrends über Jahrzehnte. Beispiele sind das Park Grass Experiment an der Rothamsted Experimental Station (1843-heute), die Morrow Plots (1876-heute) an der University of Illinois in Urbana-Champaign , Sanborn Field an der University of Missouri (1888-heute), die Magruder Plots (1892-heute) an der Oklahoma State University , Auburns Old Rotation (1896-heute) und das Haughley-Experiment (1939-1982?).
Experimente in Rothamsted zeigten, dass "die Getreideerträge in Monokulturen von Weizen und Gerste mit jährlich organischem oder anorganischem Dünger fast 150 Jahre lang gehalten (und sogar gesteigert) werden können". Diese Ergebnisse zeigen, dass Praktiken, die von einigen Befürwortern einer nachhaltigen Landwirtschaft als nicht nachhaltig angesehen werden , zumindest unter bestimmten Umständen „die Fähigkeit eines landwirtschaftlichen Betriebes zur dauerhaften Produktion“ erhalten können. Aber auch wenn Pflanzenvielfalt in Raum oder Zeit ( Fruchtfolge ) und organische Inputs nicht immer wesentlich für die Nachhaltigkeit sind, gibt es reichlich Beweise aus Rothamsted und anderswo, dass sie oft von Vorteil sind.
In der Schweiz auf der Schynige Platte wurde seit den 1920er Jahren ein Alpexperiment durchgeführt, das die menschliche Wirkung auf die alpine Umwelt untersucht.
Als seltenes Beispiel für einen Langzeitversuch im ökologischen Landbau ohne externe Nährstoffeinträge war das Haughley-Experiment bemerkenswert. Nach etwa 30 Jahren wurde jedoch beschlossen, mit dem Import von Mist zu beginnen. Es herrscht Uneinigkeit darüber, ob ein „Rückgang der relativen Erträge aus dem organischen Bereich“ auf einen Mangel an Bodennährstoffen zurückzuführen war.
In verschiedenen Kurzzeitexperimenten wurden Leguminosen (in Symbiose mit stickstofffixierenden Rhizobien ) als Stickstoffquelle verwendet, gute Kurzzeiterträge beweisen jedoch nicht, dass das System nachhaltig ist. Das Problem ist, dass die Freisetzung von Stickstoff aus organischem Bodenmaterial jeden Stickstoffmangel aus Leguminosen für ein Jahrzehnt oder länger ausgleichen kann. Die Alte Rotation zeigte, dass Stickstoff aus Leguminosen den Stickstoffentzug einer Erntepflanze langfristig ausgleichen kann. Ein wesentlicher Punkt ist, dass der Stickstoff in den Leguminosen nicht wie bei einer Sojapflanze entfernt, sondern als Gründüngung untergepflügt wurde. In der Alten Fruchtfolge wurde die Gründüngung im Winter angebaut, um eine Sommerkultur (Baumwolle) mit Stickstoff zu versorgen; dies wäre in kälteren Klimazonen weniger praktisch.
Zu den längerfristigen landwirtschaftlichen Experimenten, die in jüngerer Zeit begonnen wurden, gehören die 1993 begonnenen Long-Term Research on Agricultural Systems Experiments an der UC Davis.
In Mikrobiologie und Evolutionsbiologie
In der Mikrobiologie
Am UK Centre for Astrobiology der University of Edinburgh und am Institute of Aerospace Medicine des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt gründeten Charles Cockell und Ralf Möller das im Juli 2014 gestartete "500-Year Microbiology Experiment", um den Verlust der Lebensfähigkeit von austrocknungsresistente Bakterien über lange Zeiträume. Das Experiment beinhaltet die Untersuchung von vegetativen Bakterien (das extrem tolerante Cyanobakterium, Chroococcidiopsis sp.) und sporenbildenden Bakterien ( Bacillus subtilis ).
Das Experiment umfasst zwei Eichenholzkisten mit doppelten Proben, die an der University of Edinburgh und dem Natural History Museum aufbewahrt werden . In den nächsten 24 Jahren werden alle zwei Jahre dreifache Proben beider Organismen in Glasampullen geöffnet und die Anzahl der lebensfähigen Zellen gezählt. Der erste Zeitpunkt wurde 2014 genommen. Innerhalb jeder Box wird das Experiment in ein Experiment mit reduzierter und nicht reduzierter Hintergrundstrahlung dupliziert, wobei ein Satz Proben in einer Bleibox aufbewahrt wird, um die Hintergrundstrahlung zu reduzieren und die Strahlungswirkung zu ermöglichen in Kombination mit Austrocknung der Lebensfähigkeit über längere Zeiträume untersucht werden. Es wurde von dem Wunsch motiviert zu verstehen, wie Mikroben die Austrocknung in Wüsten, Gesteinen, Permafrostböden und ihr potenzielles Überleben im Weltraum überleben. Die Zerstörung und Abbauwege von Biomolekülen werden ebenfalls untersucht. Neben dem Kernexperiment gibt es eine Vielzahl von Proben, darunter getrocknete Agarplatten und Endolithen zur Untersuchung über längere Zeiträume.
Eine der Holzkisten wurde am 27. Februar 2015 an das Naturkundemuseum geliefert und wird innerhalb der Cyanobakterien-Sammlung kuratiert.
In der Evolutionsbiologie
Die Experimente von Richard Lenski zur Evolution von E. coli laufen seit 1988 seit mehr als 50.000 Generationen. Experimente mit der Evolution von Mais unter künstlicher Selektion auf Öl- und Proteingehalt repräsentieren mehr Jahre, aber weit weniger Generationen (nur 65).
Der domestizierte Silberfuchs , ein fortlaufendes Zuchtprogramm seit 1959 mit dramatischen Ergebnissen.
Das Experiment "Dark Fly", das 1954 von Syuichi Mori (Kyoto University) gestartet wurde, untersucht die Evolution der gewöhnlichen Fruchtfliege, die 57 Jahre lang (über 1400 Generationen) in einer konstanten Dunkelkammer aufgezogen wurde. Im Jahr 2012 führte der dritte Nachfolger des Experiments, Naoyuki Fuse, die vollständige Genomsequenzierung des Stamms durch und berichtete über etwa 5% Veränderungen gegenüber dem Wildtierstamm.
In der Ökologie
Die US-amerikanische National Science Foundation unterstützt eine Reihe langfristiger ökologischer Experimente, meist in Ökosystemen, die weniger direkt vom Menschen betroffen sind als die meisten landwirtschaftlichen Ökosysteme. Siehe LTER . Im Vereinigten Königreich arbeitet der Ecological Continuity Trust daran, die Zukunft langfristiger ökologischer Experimente zu fördern und zu sichern, indem er ein Register von Experimenten führt, bei denen Behandlungen seit mindestens sechs Jahren angewendet wurden.
Eine Reihe anderer Gebiete, die manchmal als unfreiwillige Parks bezeichnet werden , können als ökologische Langzeitexperimente angesehen werden, da sie von Menschen verlassen und in einen nahezu wilden Zustand zurückversetzt wurden. Dazu gehören Gebiete, die aus politischen Gründen aufgegeben wurden, wie die demilitarisierte Zone in Korea , oder Umweltverschmutzung, wie die Sperrzone des Kernkraftwerks Tschernobyl .
In Medizin und Psychologie
Die Framingham Heart Study läuft seit 1948 kontinuierlich.
Die Grant-Studie am Laboratory of Adult Development in the Department of Psychiatry at Brigham and Women's Hospital , einer Tochtergesellschaft der Harvard Medical School , führt eine Längsschnittstudie zur menschlichen Entwicklung von Erwachsenen durch, indem zwei Gruppen von Personen mit zunehmendem Alter verfolgt werden (268 Harvard- Absolventen und 456 Männer aus der Innenstadt von Boston ). Die Studie läuft seit 1937 und ist derzeit die am längsten laufende Studie zum Erwachsenenleben, die jemals durchgeführt wurde.