Ponad 20 lat temu naukowcy rozpoczęli 13-letni proces pracy z setkami maszyn do sekwencjonowania w celu zmapowania całego ludzkiego genomu. Obecnie taką samą ilość danych można uzyskać w ciągu kilku dni do kilku tygodni i za ułamek kosztów.
„Mądrzy ludzie, tacy jak wy, będą nad tym pracować” - mówi Maggie Halloran, technik sekwencjonowania, który stoi przed grupą początkujących licealistów z szeroko otwartymi oczami w nowym Laboratories of Analytical Biology (LAB) w National Museum of Natural History centrum biotechnologii molekularnej.
Uczniowie mają 15 na 100, którzy biorą udział w programie magnesów ścisłych, technicznych, inżynieryjnych i matematycznych (STEM) w South River High School w Edgewater, MD. W tym miesiącu zapoznali się z niektórymi muzeum kolekcje, zaplecze laboratoryjne i osoby, które je prowadzą.
W ubiegłym roku 28 procent studentów szkół średnich w Stanach Zjednoczonych wyraziło zainteresowanie kontynuowaniem kariery naukowej. Jednak według ekspertów branżowych ponad połowa tych studentów straci zainteresowanie tym czasem, gdy będą w podeszłym wieku. Zespół Smithsonian z LAB ma nadzieję, że studenci z Edgewater nie wpadną w tę pułapkę.
„Cienie zadań wyjaśniają niezliczoną liczbę kierunków, w które mogą się udać” - mówi Hillary Catan, kierownik działu liceum. „Kiedy wchodzą, mogą mieć mniejszy zakres lub wyobrażenie o karierze STEM, a kiedy odchodzą, wiedzą, że świat jest ich ostrygą”.
Muzea mogą oferować praktyczne możliwości nauki w naukach, których szkoły nie mogą, a ich kuratorzy to wiedzą. Amerykańskie muzeum historii naturalnej w Nowym Jorku organizuje program, który gromadzi uczniów szkół średnich dwa razy w miesiącu w ciągu roku szkolnego i przez trzy tygodnie w lecie, aby studiować naukę. Narodowe Muzeum II Wojny Światowej w Nowym Orleanie sponsoruje wycieczki terenowe dla studentów matematyki i przedmiotów przyrodniczych w gimnazjum i liceum, aby dać im interdyscyplinarną lekcję, w jaki sposób fizyka może przekazywać historię. W Ohio Fundacja Muzeum Sił Powietrznych organizuje warsztaty dla studentów. Wszyscy wspierają edukację STEM młodych studentów w nadziei zaspokojenia popytu na przyszłą siłę roboczą.
Smithsonian Institution jest na dobrej drodze, aby zrobić to samo; Prezydent Obama wezwał do zwiększenia budżetu o 25 mln USD na programowanie związane z STEM. Fundusze pomogą stworzyć zasoby internetowe dla uczniów i pozwolą nauczycielom łączyć treści Smithsona z pracą szkolną. Ten znak jest częścią istniejącej przez administrację puli funduszy federalnych w wysokości 180 milionów USD przeznaczonej na programowanie STEM, która jest podzielona między Smithsonian, Departament Edukacji USA i National Science Foundation.
Wycieczka do South River High School rozpoczęła się w niedługim czasie Centrum Edukacji Q? RIUS w Narodowym Muzeum Historii Naturalnej, o powierzchni 10 000 stóp kwadratowych, w którym mieści się kolekcja badań na 20 000 obiektów, a następnie szybko przeniosła się do LAB, gdzie Halleran wypytywał studentów o podstawowe pary DNA, a oni odpowiedzieli chętnie, krzycząc: „Guanina i cytozyna! Adenina i tymina! ”
Smithmy, badaczka Amy Driskell, wyjaśniła, w jaki sposób ona i jej koledzy wykorzystują proces zwany reakcją łańcuchową polimerazy do badania DNA ptaków i ryb. „W ciągu najbliższych kilku lat będziemy mieć sekwencję DNA dla każdej ryby - wszystkie będą„ kodem kreskowym ”, mówi Driskell.
Niektóre z tych ryb pochodzą z Projektu Obserwacji Głębokich Raf Smithsona, który zbiera okazy z głębokich raf karaibskich przez pięcioosobową łódź podwodną. „Będziesz w odległości 1000 stóp w dół w oceanie, zanim zajmie ci to powrót autobusem” - powiedział Lee Weigt, dyrektor LAB.
Uczniowie dowiedzieli się o rzeczywistych zastosowaniach kodów kreskowych od Matthew Kweskina, menedżera IT LAB. Po tym, jak lot US Airways doznał „uderzenia ptaka”, zmuszając kapitana Chesleya Sullenbergera do wylądowania samolotu w rzece Hudson w 2009 roku, władze wysłały szczątki ptaka znalezione w silniku samolotu do Smithsonian w celu analizy. Badacze wprowadzili sekwencję DNA pobraną z okazów do bazy danych Barcode of Life, wyszukiwarki, która analizuje niezliczone pliki zsekwencjonowanych gatunków ptaków, i potwierdzili, że próbki pochodziły z gęsi kanadyjskiej. Dane te służą lotniskom do zrozumienia rodzaju ptaków, które powodują problemy na lotniskach.
Następnie wycieczka opuściła laboratorium i znalazła się w magazynach muzeum, gdzie studenci zapoznali się ze zbiorami działu zoologii bezkręgowców. Ostatni przystanek miał miejsce w dziale botaniki, gdzie kierownik kolekcji Gregory McKee powiedział uczniom o kolekcjach roślin w Instytucie, w których znajduje się 4, 5 miliona okazów.
McKee przekazał kilka zachowanych roślin, wyjaśniając, w jaki sposób badacze je zbierają i konserwują. Powrócił do badań LAB, mówiąc, że technologie sekwencjonowania DNA mogą pomóc wyjaśnić tajemnicę, dlaczego jeden gatunek kwiatów bambusa kwitnie tylko raz na 120 lat.
„Płacą mi trochę pieniędzy za to, że wychodzę do lasu i brudzę się, a ja nie muszę nosić krawata” - mówi McKee, dlaczego uwielbia swoją pracę. Opowiedział im o spotkaniu 70-letniego mężczyzny w Mongolii, który był tak ekspertem od botaniki, że wiedział dokładnie, jakie szyszki jeść, a które sam zbierał po drzewach.
„To niesamowite”, mówi Jesse McElree, 15-letnia studentka. Pochodzenie z Annapolis mówi, że choć najbardziej lubi matematykę i ma nadzieję zostać inżynierem, dyskusja McKee była punktem kulminacyjnym trasy.
Jacob Mondoro, 15, z Edgewater, również uznał dział botaniki za najbardziej przekonujący przystanek na trasie. On także chce kontynuować inżynierię, ale twierdzi, że podejrzewa, że kariera w dziedzinie nauk o roślinach byłaby cenna w przyszłości.
„Botanika wydaje się być czymś, co później będzie bardzo intensywne z powodu globalnego ocieplenia”, mówi Mondoro. „Bez odpowiedniej siły roboczej nie będzie wielu ludzi, którzy mogliby faktycznie utrzymać Ziemię i tak, jak powinna.”
Technik laboratoryjny Caitlin Baker, który prowadził grupę McElree i Mondoro, powiedział, że wycieczka wydawała się być otwierającym spojrzeniem dla pierwszoklasistów, zwłaszcza kobiet, które miały przewagę liczebną.
„Myślę, że to naprawdę uprawnia do oglądania kobiet w nauce i prowadzenia bardzo nowatorskich badań” - mówi Baker. „Mam nadzieję, że fakt, że w tej grupie jest o wiele więcej mężczyzn, nie daje dziewczętom poczucia, że to męska dziedzina. To naprawdę nie jest już. ”
Dla Lauren Suite, 14-letniej studentki z Edgewater, wygląd wnętrza był informacyjny. „Dało mi to lepszy wgląd w to, co chciałbym robić w przyszłości”, mówi Suite, który rozważa badania medyczne. „Staram się być na bieżąco ze wszystkim i mam nadzieję, że będę częścią rozwoju nowych [technologii] w przyszłości.”
Halloran uważa, że ta szybkość innowacji uderzyła w studentów. Ich studia STEM są kluczowe dla przygotowania ich do pracy i tworzenia technologii XXI wieku, nawet jeśli do czasu ukończenia studiów w ciągu zaledwie kilku lat, nowa technologia mogła wyprzedzić narzędzia, których byli świadkami w LAB.
„Wszyscy uważają, że to fajnie być Jacques Cousteau i nurkować i zbierać” - mówi Halloran. „Ale naprawdę potrzebują całego zestawu umiejętności, aby to zrobić. Myślę, że im wcześniej będą mieli pojęcie o zakresie tego wszystkiego, tym lepiej będą mogli zastosować to, czego już się uczą w szkole średniej i stworzyć dla siebie niszę ”.
