Морская биологическая лаборатория ( MBL ) — международный центр исследований и образования в области биологии и экологии. [1] Основанная в Вудс-Хоул, штат Массачусетс , в 1888 году, MBL является частным некоммерческим учреждением, которое большую часть своей истории было независимым, но официально вошло в состав Чикагского университета 1 июля 2013 года. [1] [2] Она также сотрудничает со многими другими учреждениями.
По состоянию на 2024 год 63 лауреата Нобелевской премии были связаны с MBL в качестве студентов, преподавателей или исследователей. [1] [3] Кроме того, с 1960 года с лабораторией были связаны 137 исследователей Медицинского института Говарда Хьюза , молодых ученых, международных исследователей и профессоров; 319 членов Национальной академии наук ; и 260 членов Американской академии искусств и наук . [1]
Морская биологическая лаборатория выросла из видения нескольких бостонцев и Спенсера Фуллертона Бэрда , первого в США комиссара по рыболовству (правительственного чиновника, занимавшегося использованием рыболовства ). Бэрд основал исследовательскую станцию Комиссии по рыболовству США в Вудс-Хоул в 1882 году и имел амбиции расширить ее до крупной лаборатории. Он пригласил Альфеуса Хайятта перенести свою лабораторию морской биологии и школу, которые он основал в доме Норвуд-Хайятта в Аннискваме, штат Массачусетс , в Вудс-Хоул. Вдохновленный недолгой экспериментальной летней школой биолога из Гарварда Луи Агассиса , Школой естественной истории Андерсона на острове Пеникесе , у побережья Вудс-Хоул, Хайятт принял предложение. [4] С $10,000, собранными Женской образовательной ассоциацией Бостона и Бостонским обществом естественной истории , была куплена земля, построено здание, и MBL был зарегистрирован с Hyatt в качестве первого президента совета попечителей. Комиссия по рыбе оказала важную поддержку, включая морские организмы и проточную морскую воду.
Профессор Чикагского университета, Чарльз Отис Уитман , эмбриолог, был также нанят, чтобы работать первым директором MBL. [5] Уитман считал, что «при прочих равных условиях исследователь всегда является лучшим инструктором», и подчеркивал необходимость сочетать исследования и образование в новой лаборатории. Первый летний курс MBL предусматривал шестинедельное введение в зоологию беспозвоночных; также предлагались возможности для приезжих летних исследователей.
Библиотека MBL была основана в 1889 году, а ученый и будущий попечитель MBL Корнелия Клэпп работала библиотекарем. В 1899 году MBL начала издавать The Biological Bulletin , научный журнал, который до сих пор редактируется в MBL.
Гертруда Стайн , впоследствии известная как писательница и коллекционер произведений искусства, летом 1897 года посещала курс эмбриологии в MBL, а ее брат Лео посещал курс по беспозвоночным. [6] [7] [8]
В 1972 году Льюис Томас объяснил и похвалил природу MBL как научного учреждения. Он написал об этом в своей постоянной колонке в New England Journal of Medicine под названием «Notes of a Biology-Watcher», в выпуске под названием «The MBL»; [9] эссе позже было собрано в том под названием « Жизнь клетки: заметки наблюдателя за биологией » . [10] : 66–74 Он сказал о MBL того времени: «Сегодня она является уникальным национальным центром биологии в этой стране; это Национальная биологическая лаборатория, не будучи официально назначенной (или пока не финансируемой) как таковая. Ее влияние на рост и развитие биологической науки было эквивалентно влиянию многих университетов страны вместе взятых, поскольку она отбирала себе научные таланты со всего мира для исследований и преподавания каждое лето. […] Кто-то насчитал тридцать лауреатов Нобелевской премии, которые работали в MBL в то или иное время. Удивительно, что такое учреждение, оказывающее такое большое влияние на академическую науку, смогло оставаться настолько абсолютно автономным. У него, конечно, есть связи разного рода, договоренности с внешними университетами по определенным программам аспирантуры, и он деликатно, несколько двусмысленно придерживается Океанографического института Вудс-Хоул , который находится неподалеку. Но он никогда не попадал под господство какого-либо внешнего учреждения или правительственного агентства, и ему никогда не указывала, что делать какая-либо внешняя группа. […] Невозможно предсказать, каким будет будущее такого учреждения, как MBL. Так или иначе, оно будет развиваться. Возможно, вскоре оно перейдет в новую фазу с круглогодичной программой обучения и исследований и круглогодичным штатом, но ему придется сделать это, не подвергая риску огромную мощь своих летних программ, иначе весь институциональный ад разверзнется. Ему придется найти новые способы взаимодействия с университетами, если его программы аспирантуры будут расширяться так, как следует. Ему придется развивать новые симбиотические отношения с Океанографическим институтом, поскольку в обоих местах на карту поставлено так много. И ему придется найти больше денег, гораздо больше — таких денег, которыми обладают только федеральные правительства — не теряя при этом своей собственной инициативы. Это будет интересное место, за которым можно будет наблюдать в ближайшие годы». [10] : 66–74
MBL официально присоединилась к Чикагскому университету 1 июля 2013 года. [2] В целях дальнейшего развития научных исследований и образования, присоединение основывается на исторических связях с университетом, поскольку MBL в течение первых четырех десятилетий возглавляли преподаватели Чикагского университета. Президент университета возглавляет совет попечителей MBL и по их совету назначает его членов. [11] Лаборатория является некоммерческой корпорацией Массачусетса, единственным членом которой является университет. [12]
В сентябре 2018 года Нипам Патель стал директором Морской биологической лаборатории [13], сменив Хантингтона Ф. Уилларда [14] .
В MBL работает около 250 сотрудников, работающих круглый год, около половины из которых — ученые и сотрудники научной поддержки. [15] Каждый год к ним присоединяются более 500 приглашенных ученых, летних сотрудников и научных сотрудников из сотен учреждений по всему миру, а также большое количество преподавателей и студентов, участвующих в курсах MBL (в 2024 году 550 студентов из 273 учреждений и 58 стран). [16]
Постоянные исследовательские центры MBL — это Центр регенеративной биологии и тканевой инженерии имени Юджина Белла, Центр экосистем и Центр сравнительной молекулярной биологии и эволюции имени Джозефины Бэй Пол. Приглашенные ученые связаны с Центром Уитмена MBL. Ученые Центра Уитмена включают в себя более 100 главных исследователей из академических учреждений по всему миру. Другие ресурсы включают Центр морских ресурсов, передовой объект для поддержания, культивирования и предоставления водных и морских организмов, необходимых для биологических, биомедицинских и экологических исследований; и Национальный ресурс Xenopus, который разводит и поддерживает генетические запасы Xenopus (лягушек); и проводит обучение по разведению Xenopus, клеточной биологии, визуализации, генетике, трансгенезу и геномике.
MBL делит библиотеку, MBLWHOI Library, с Woods Hole Oceanographic Institution . MBLWHOI Library хранит печатные и электронные коллекции по биологическим, биомедицинским, экологическим и океанографическим наукам, а также размещает растущую архивную коллекцию, включая фотографии и видео из истории MBL. Библиотека также проводит проекты по оцифровке и информатике.
Исследования в MBL сосредоточены на четырех темах:
Клеточная, эволюционная и репродуктивная биология были центральной частью программ MBL с 1890-х годов. Важные открытия в этих областях в MBL восходят к 1899 году, когда Жак Леб продемонстрировал искусственный партеногенез в яйцах морского ежа; к 1905 году, когда Эдвин Грант Конклин впервые идентифицировал цитоплазматические области яйца, которые запрограммированы на формирование определенных тканей или органов; к 1916 году, когда Фрэнк Раттрей Лилли идентифицировал циркулирующие гормоны, которые влияют на половую дифференциацию (Lillie, 1944). В первые два десятилетия MBL цитологи Эдмунд Бичер Уилсон , Нетти Стивенс и другие установили связи между хромосомами и менделевской наследственностью, в то время как коллега Уилсона как в MBL, так и в Колумбийском университете Томас Хант Морган заложил основу экспериментальной генетики (Pauly, 2000:158). Кит Р. Портер , которого многие считают основателем современной клеточной биологии благодаря его новаторским работам по изучению тонкой структуры клеток, включая открытие микротрубочек , проводил исследования в MBL с 1937 года и руководил лабораторией с 1975 по 1977 год (Барлоу и др., 1993: 95-115).
MBL также является испытательным полигоном для новых технологий в микроскопии и визуализации. Наличие передовых инструментов визуализации на курсах передовых исследований MBL ставит преподавателей и студентов на передовую линию экспериментов. Выдающийся ученый MBL Осаму Шимомура , который присоединился к MBL в 1983 году, был награжден Нобелевской премией по химии 2008 года за открытие зеленого флуоресцентного белка (GFP) в начале 1960-х годов, что привело к разработке революционных методов визуализации живых клеток и их компонентов. Инновации выдающегося ученого-резидента Синьи Иноуэ в поляризованной световой микроскопии и видеовизуализации с 1950-х годов сыграли важную роль в прояснении клеточных событий митоза , включая его открытие веретенных волокон .
MBL долгое время была центром для мировых экспертов по делению клеток. В начале 1980-х годов Тим Хант , Джоан Рудерман и другие в MBL идентифицировали первый из класса белков, которые регулируют цикл деления клеток ( циклин ). В 2001 году Хант был удостоен Нобелевской премии за эту работу (Hunt, 2004). В 1984 году Рон Вейл , Майкл Шитц , Джо ДеДжиоргис и другие открыли кинезин , двигательный белок, участвующий в митозе и других клеточных процессах, во время летних исследований MBL. Вейл, Шитц и Джеймс Спудич получили премию Ласкера 2012 года за фундаментальные медицинские исследования за свои открытия, связанные с молекулярными моторами. В 1991 году израильский ученый Аврам Гершко начал приезжать в MBL, чтобы изучить роль, которую белок убиквитин играет в делении клеток. В 2004 году Гершко получил Нобелевскую премию за работу по установлению основного механизма деградации белков, опосредованной убиквитином.
Большая часть ведущих биологов развития в Соединенных Штатах, как в прошлом, так и в настоящее время, принимали участие в курсе эмбриологии MBL в качестве директоров, лекторов или студентов. Одним из преимуществ является расположение Вудс-Хоул и наличие морских организмов, в частности морского ежа , которые идеально подходят для эмбриологического анализа, поскольку они откладывают почти прозрачные яйца, которые оплодотворяются и развиваются снаружи. В первые десятилетия после основания курса в 1893 году его преподаватели стали пионерами в направлениях исследований, которые остаются центральными и по сей день, включая изучение цитоплазматической локализации в яйцах; эмбриональной клеточной линии (важной для современных исследований стволовых клеток ); и эволюционной биологии развития (сегодня называемой «evo devo»). Некоторые выдающиеся эмбриологи, которые руководили или были соруководителями курса:
В 2010 году MBL основал Центр регенеративной биологии и тканевой инженерии имени Юджина Белла, где исследователи изучают способность морских и других животных спонтанно восстанавливать поврежденные или стареющие части тела. Понимание регенерации тканей и органов у низших животных обещает возможность применения в лечении заболеваний человека, включая травмы спинного мозга, диабет, недостаточность органов и дегенеративные неврологические заболевания, такие как болезнь Альцгеймера. Краеугольным камнем Центра Белла является национальный ресурс для исследований лягушки Xenopus, которая является основной животной моделью, используемой в биомедицинских исследованиях США. Национальный ресурс Xenopus в MBL финансируется Национальными институтами здравоохранения (Факты о MBL).
Вклад MBL в нейронауку и сенсорную физиологию значителен, и сегодня его поддерживают более 65 приглашенных исследователей и постоянных исследователей в этих областях, а также пять курсов повышения квалификации для аспирантов и докторантов. MBL стал магнитом для этой дисциплины с тех пор, как в 1910 году Л. В. Уильямс открыл, а в 1936 году Джон Закари Янг заново открыл гигантский аксон кальмара — нервное волокно, диаметр которого в 20 раз больше диаметра самого большого человеческого аксона. Янг представил эту локально распространенную идеальную экспериментальную систему своему коллеге из MBL К. С. Коулу , который в 1938 году использовал ее для регистрации изменений сопротивления, лежащих в основе потенциала действия, что предоставило доказательства того, что ионы, протекающие через аксональную мембрану, генерируют этот электрический импульс. В 1938 году Алан Ллойд Ходжкин приехал в MBL, чтобы узнать от Коула о гигантском аксоне кальмара. После Второй мировой войны Ходжкин и Эндрю Хаксли , работая в Плимуте, Англия, и используя метод фиксации напряжения, разработанный Коулом, заложили основу современного понимания электрической активности в нервной системе, количественно измерив поток ионов через аксональную мембрану. Ходжкин и Хаксли получили Нобелевскую премию в 1963 году за описание ионной основы нервной проводимости (Barlow et al., 1993: 151-172). Следуя за работами Ходжкина и Хаксли, в 1960-х и 1970-х годах Клей Армстронг и другие исследователи MBL описали ряд свойств ионных каналов , которые позволяют ионам натрия и калия переносить электрический ток через клеточную мембрану, а Родольфо Ллинас описал свойства передачи в гигантском синапсе кальмара (Llinas 1999). «Научная карьера» «кальмара из Вудс-Хоул», Doryteuthis (ранее Loligo) pealeii , продолжается и сегодня, исследуя аксональный транспорт , гигантский синапс кальмара , геномику кальмара и молекулярные механизмы болезни Альцгеймера.
Другие морские организмы привлекают нейробиологов и нейробиологов в MBL каждое лето, где была создана история исследований сенсорной физиологии и поведения. Хэлдан Кеффер Хартлайн , летний исследователь MBL в 1920-х и начале 1930-х годов, раскрыл несколько основных механизмов функционирования фоторецепторов в ходе своих исследований мечехвоста. Хартлайн разделил Нобелевскую премию 1967 года с коллегой по летнему MBL Джорджем Уолдом , который описал молекулярную основу фоторецепции , показав, что светочувствительный родопсин состоит из ретиналя , слегка модифицированной формы витамина А , соединенного с фоторецепторным белком . Другому долгосрочному летнему исследователю, Стивену В. Куффлеру , приписывают «основание» науки нейробиологии в середине 1960-х годов в Гарвардской медицинской школе, а также он инициировал обучение нейробиологии в MBL (Barlow et al., 1993:175-234; 203-234). Альберт Сент-Дьёрдьи (лауреат Нобелевской премии 1937 года) проводил исследования в MBL с 1947 по 1986 год, наиболее значимые из которых касались биохимической природы мышечного сокращения. В 1950-х и 1960-х годах Фредерик Банг и Джек Левин в MBL обнаружили, что кровь мечехвоста сворачивается при воздействии бактериальных эндотоксинов даже в исчезающе малых количествах. На основе этого фундаментального исследования был разработан реагент, лизат амебоцитов Limulus (LAL), который может обнаруживать мельчайшие количества бактериальных токсинов. LAL -тест привел к значительному улучшению качества лекарственных препаратов и биологических препаратов для внутривенных инъекций.
Исследование экосистем стало круглогодичным обязательством в MBL в 1962 году с основанием программы систематики-экологии под руководством Мельбурна Р. Каррикера. В 1975 году был основан Центр экосистем MBL под руководством Джорджа Вудвелла. Первоначально основное внимание уделялось глобальному циклу углерода , и это внимание сохраняется и по сей день. В Центре экосистем работает круглогодично более 40 ученых, которые изучают различные экосистемы и их реакцию на деятельность человека и изменения окружающей среды. Центр расположен в Вудс-Хоул, но имеет глобальный охват с активными исследовательскими участками в арктической тундре; в лесах, на побережье и в море в Новой Англии, Швеции и Бразилии. В Центре экосистем находятся два из 26 участков долгосрочных экологических исследований США (LTER): озеро Тулик , Аляска; и остров Плам, Массачусетс. Ученые Центра экосистем изучают влияние вырубки лесов и изменения землепользования на химию атмосферы, процессы водораздела и прибрежную экологию, глобальное антропогенное обогащение азотного цикла и реакцию экосистем на глобальное потепление . Временно исполняющим обязанности директора Центра экосистем является Энн Гиблин . Бывшие директора Центра, которые по-прежнему активно работают в научном штате, — Джерри Мелилло , который изучает биогеохимию наземных экосистем, и Джон Хобби, микробный эколог. Центр экосистем основан на видении совместной, междисциплинарной науки; общих лабораторных помещениях и приборах; и долгосрочном, крупномасштабном, системном взгляде на процессы экосистем.
Центр сравнительной молекулярной биологии и эволюции имени Джозефины Бэй Пол был основан в MBL в 1997 году и в настоящее время им руководит Дэвид Марк Уэлч. Сравнивая различные геномы , ученые в центре проясняют эволюционные связи биологических систем и описывают гены и геномы биомедицинского и экологического значения. Изучаются микроорганизмы, обнаруженные в широком спектре экосистем, включая микробиом человека. Митчелл Согин , основатель Центра Бэй Пол, также основал два курса в MBL: практикум по молекулярной эволюции и стратегии и методы анализа структур микробных популяций. В 2003-2004 годах Согин инициировал Международную перепись морских микробов, глобальную попытку описать биоразнообразие морских микроорганизмов. Первые результаты этой переписи в 2006 году выявили в 10–100 раз больше типов морских микробов, чем ожидалось, и подавляющее большинство из них — ранее неизвестные, малочисленные микроорганизмы, которые теперь называют «редкой биосферой». Другие проекты Bay Paul Center сосредоточены на микробах, которые живут в экстремальных условиях, от гидротермальных источников до высококислотных экосистем, что может привести к лучшему пониманию жизни, которая могла бы существовать на других планетах. Деятельность в Bay Paul Center поддерживается передовым оборудованием для секвенирования ДНК и другим геномным оборудованием в Центре экологической и эволюционной генетики Кека.
MBL предлагает ряд курсов, семинаров, конференций и стажировок в течение года. [1] [17] Центральное место в его программах занимают более 20 курсов углубленной подготовки в области исследований, курсы для выпускников по темам от физиологии, эмбриологии, нейробиологии и микробиологии до визуализации и вычислений, интегрированных с биологическими исследованиями. [1] [17]
Кроме того, MBL проводит курсы для студентов бакалавриата и магистратуры Чикагского университета и других колледжей и университетов, а также семинары и конференции, в которых в 2016 году приняли участие более 2600 человек. [1] [17] [18]
Занятия по эмбриологии 1897 г., шесть женщин сидят в первом ряду, два ряда мужчин стоят за ними, многие в шляпах, большинство смотрят в камеру. Гертруда Стайн сидит слева от зрителей.
лодочников на борту The Vigilant в доке в Фалмуте, Массачусетс. Гертруда Стайн находится на крайнем правом заднем плане.
