爱华网2011-11-02 13:54 翻译：Lineker
回首二十世纪，为了让研究视角超越时代局限，生物学家、生态学家和流行病学家曾展开了多项长期研究。而当下的研究者们也在从某些有用的数据集如航海日志或谷歌图书中检索相应的记录。这些手段真正实践了前瞻、耐心和智慧这些科学所拥有的崇高美德
超越人类视角的界限是科学的根本任务。望远镜跨越距离；显微镜消弭尺寸的限制；还有其他一些工具能够探测到视野之外的声音或光线。而累积数年乃至数十年的数据库可以为研究者呈现出几天和几个星期等短时间跨度所无法体现的特殊模式来。
当然，在天文学领域——真实几十年的观测记录激发了《奇迹时代》（Age of Wonder）一书的诞生——长期数据库现在已经成为常规的研究手段了。地质学领域也是一样，长时间所累积的数据使研究者们对深层时间的思考成为了可能。但在其他领域，尤其是生命科学，这样的研究方式才刚刚兴起。
回首二十世纪，为了让研究视角超越时代局限，生物学家、生态学家和流行病学家曾展开了多项长期研究。而当下的研究者们也在从某些有用的数据集如航海日志或谷歌图书中检索相应的记录。这些手段真正实践了前瞻、耐心和智慧这些科学所拥有的崇高美德。
《连线科学》将在以下篇幅中为读者呈现一些优秀的长期研究数据集合。
日本樱花节
在日本，樱花节是一项古老且极其盛行的传统活动，仔细定时好让持续数天的庆典活动与樱花开放的鼎盛期合上拍是樱花节一大特色。樱花节在日本文化中拥有着无与伦比的崇高地位，以至于日记、文学作品和官方记录中的关于樱花节的集体描述已经连成了一个长达六百年之久的花期和全日本岛樱花分布记录。
因为樱花在特定温度下才会开花，因此科学家们可以从这些数据中推断出历史性的天气信息，并最终确定气候变化趋势。而在其他历史气候记录中，我们很难发现如此丰富的细节信息。
图片：上图）Kazuhiko Teramoto/Flickr；下图）上趋势图标明了从十一世纪至今樱花全花期的已知数据。四月一日为每年的第91天，五月一日为每年的第122天。下趋势图绘出了根据花期数据估算出来的三月份气温（Yasuyuki Aono & Yuko Omoto/农业气象学学报）
连续浮游生物记录器
海洋生物学家阿利斯特·哈迪（Alister Hardy）在1931年发明的连续浮游生物记录器（Continuous Plankton Recorder）是个名字奇特模样也奇特的钢制盒子，盒子里有两块丝绸网筛。被浸没在海水中以后，浮游生物会被困在网筛之间。
自1948年这种采样方式被正式确立以来，有将近三百艘海船曾经在大洋上投放过浮游生物记录器。覆盖大范围海域的连续取样形成了一个海洋基础食物链活跃度的全球记录。
图片：上图）一个连续浮游生物记录器从船首被吊起来（Sandra Zicus/澳大利亚南极部）；下图）西北欧大陆架上浮游生物和小甲壳类生物的十年空间分布情况（Sophie Pitois & Clive Fox/国际海洋勘测理事会海洋科学学报）
奇林汉姆牛
科学家们研究奇林汉姆（Chillingham）野牛的历史可追溯到1860年，当时正是在对长期数据集合极为重视的查尔斯·达尔文的鼓励下，野牛原先的主人才开始了相关的数据记录。
从上世纪五十年代开始，奇林汉姆牛在冬天产犊的频率渐增。这种现象的出现似乎可以归因于气候变化的作用：暖春导致植物生长期提前，进而致使野牛提早开始交配。但对于小牛犊来说，在冬季这个较为困难的时节出生则殊为不幸。
图片：上图）奇林汉姆牛（Yellow Book/Flickr）；下图）在长达62年的时间跨度中，每个季节的牛犊出生率（Burthe et al./动物生态学学报）
佛罗里达垂钓航行摄影
在英语中，fish story一词与吹牛同义，但活生生的照片则是另外一回事，由活跃在佛罗里达基韦斯特（Key West）海域的特许渔船从业者所拍摄的照片年复一年的记录了海洋生态系统的变迁过程。过度捕捞和礁石破坏使大型鱼类和中等体型的鱼类相继陷入灭绝的危险境地，最后剩下的只是一些小鱼。
图片：上图）1957年，一艘基韦斯特特许渔船所捕获的战利品（Loren McLenachan/保育生物学）；下图）最上面的图片展示了上世纪八十年代初期所捕捞的鱼类品种，中图为2007年拍摄的照片，底图则按照体型大小对各种鱼在总捕捞量中所占比例进行排序（Loren McLenachan/保育生物学）
皇家岛狼群
1949年的隆冬时节，来自安大略的两头狼穿过冻结的苏必利尔湖（Lake Superior），来到密歇根的皇家岛（Isle Royale）。在这处盛产麋鹿的岛屿上，两头狼定居了下来；九年以后，普渡大学的野生生物生态学家德沃德·艾伦（Durward Allen）开始对它们展开研究。从那以后，对皇家岛狼群的监视研究就一直持续了下来，它们堪称是世界上被连续研究时间最长的动物种群。
一些关于狼群的奇特细节信息宝藏被收集起来，例如它们自1958年以来猎杀3654只麋鹿的精确位置。近几年，在化学分析技术的帮助下，皇家岛研究者们开始利用具有代表性的营养流——即每具麋鹿的残骸最终会为三平方英亩土地上的动植物提供养分——来量化狼群的捕猎行为。从这一角度看，狼群并不仅仅在猎杀麋鹿；它们也同时在岛屿上传播了生命。
图片：上图）狼与幼崽（美国农业部/人与生物圈计划）；下图）顶图偏左，一直被狼猎杀的麋鹿的残骸；顶图偏右，三天之后的同一处残骸。中图是一张1958年至1982年麋鹿残骸密度的分布图；底图是上述时间段与1983年至2006年这一时间段之间的残骸密度变化图（Bump et al./生态学）
大肠杆菌长期实验性进化工程
对奇林汉姆牛和皇家岛狼群这些动物的长期研究可以为进化趋势提供一些线索，但若要更为深入的研究进化过程，研究者们需要积累数百乃至数千代的数据，在密歇根州立大学，微生物学家理查德·伦斯基（Richard Lenski）就一直在追踪十二簇自1988年就开始培养的完全相同的大肠杆菌菌群，在长达50000代的时间跨度中，这些菌群一直在独立进化。
伦斯基的大肠菌株现在已经变得非常独特，它们中的每一株都拥有特殊的适应性和其他特质，针对它们所展开的研究已经深化了我们对于进化潜在法则（如可进化性本身的性质）的科学理解。
图片：上图）摇瓶中包含有来自伦斯基12簇原始菌群的样品（Brian Baer and Neerja Hajela/密歇根州立大学/维基共享资源）；下图）伦斯基大肠菌株的长期特征频率图（Lenski et al./科学）
谷歌图书
很显然，文化也在不断发生演化，但利用生物进化领域正式且严谨的科学手段很难去研究文化的进化。不过也有例外，例如在人类学领域中就有不少关于波利尼西亚群岛独木舟设计的论著，只是相关数据太过杂乱无章。
但随着数据归档和分析工具的出现，那些可以被扫描并形成文本的研究成果就成为了文化数据的潜在来源；2010年，有学者在《科学》杂志上发表论文宣称，通过对囊括了两个世纪所出版的各种书籍，总字数达到5000亿字的谷歌图书数据库进行调查后发现，利用数字技术对文化演化进行分析切实可行。
图片：上图）Stewart Butterfield/Flickr Below；下图）在过去的两个世纪中，某些人名在谷歌英文图书文本中出现的频率（Michel et al./科学）
弗雷明翰心脏研究
1948年，在马萨诸塞州一个名为弗雷明翰（Framingham）的普通蓝领工人居住的小镇上，约有5209位居民参与了一项迄今为止时间跨度最长的流行病研究计划。这样的大规模研究工程此前绝无仅有；参与者需要每年接受数次医学检查，并最终帮助研究者们深入了解人类总体和长期的健康状态。
这项研究现在已经进入了第三个阶段；很多现在被认为是根深蒂固的传统智慧——如心脏病和中风与吸烟、高胆固醇以及高血压有关——实质上都是从弗雷明翰研究中所取得的突破。
图片：上图）沃尔特·苏利文（Walter Sullivan）和珍妮·克鲁格（Jane Klug）是弗雷明翰心脏研究计划的奠基人和最初参与者，这张照片摄于2010年10月（弗雷明翰心脏研究计划）；下图）男性和女性中风致死风险（Y轴）与血压水平（X轴）同年龄之间的关系（Lewington et al./柳叶刀）
二十世纪再分析工程
于今年完成的二十世纪再分析工程（20th Century Reanalysis Project）尝试从各种不同的资料来源（如船长的航海日志和探险家、医生以及老新闻媒体的相关记录）中寻找关于详细气象图的历史线索，进而将十九世纪末和二十世纪的气象学记录提升到现代水平。
图片：上图）1922年1月28日的天气图，那一天尼克伯克暴雪（Knickerbocker Storm）袭击了华盛顿。（美国海洋和大气局中心文库数据成像工程）；下图）重新构建后的同一天的气象状况（J. Whitaker/美国海洋和大气局地球系统研究实验室）
冰芯
冰芯是从极地冰冠和冰川中取出的长圆柱形冰组织样本，其中蕴含了大量关于史前气候状况的信息。通过研究冰层之间化学性质各异的冰水，研究者们可以追溯古代大气、生态系统、森林大火、地震和日照的变化情况。冰芯不仅是气候研究中的常见材料，同时也美丽异常。
图片：上图）冰芯特写（美国自然历史博物馆）；下图）美国地质调查局冰芯实验室内部（美国地质调查局）
赫顿不整合构造
尽管从定义上看地质学几乎就是长期数据库的代名词，但若要举出实例，位于苏格兰杰德堡（Jedburgh）的一处山坡绝对不能不提。这处山坡上的古老片岩层向上侵入地质年龄较轻的砂岩层中，十八世纪的医生兼地质学家詹姆斯·赫顿（James Hutton）经常通过此种现象来阐明自己在当时颇为离经叛道的地质理论。
赫顿第一次看到了这个后来以他名字命名的不整合结构是在1787年，当时人们普遍认为地球的年龄约为6000年。但赫顿相信只有在相当长的时间跨度范围内，地质剧变才有可能形成现代的岩石结构。这是一个在当时堪称大胆乃至异端的观点，它需要极为有力的证据来提供支持。而赫顿不整合结构正好佐证了这种观点，这处位于杰德堡的交错岩层完全不同于在苏格兰其他地区所发现的光滑片岩和砂岩层结构。
“在一个被认为只有六千年地质岁月的世界中，甚至社会的存在历史都超过这一界限，活在这样世界里的赫顿不可能意识光是到两种岩石之间的分界线就有七千万年的历史，每处构造的形成过程更是要超过上亿年，“《前世年鉴》（Annals of the Former World）一书的作者约翰·麦克菲（John McPhee）曾在书中这样写到。“但他横生了一些感觉，更是对某种令人敬畏的真理有了体察，当他站在那里注视河岸时，整个人类都因此而受益。”
图片：上图）约翰·克拉克（John Clerk）在1787年所雕刻的表现赫顿不整合构造的版画（Geological Conservation Review）；下图）位于赫克斯特艾尔（Ayre of Huxter）与兰里格（Lang Rigg）之间的一处英国砂岩构造（P. Stone/Geological Conservation Review）
