Meer dan 20 jaar geleden begonnen onderzoekers aan het 13-jarige proces van werken met honderden sequentiemachines om het gehele menselijke genoom in kaart te brengen. Tegenwoordig kan dezelfde hoeveelheid gegevens worden geproduceerd in een paar dagen tot een paar weken, en voor een fractie van de kosten.
"Slimme mensen zoals jullie zullen eraan werken, " zegt Maggie Halloran, een sequencing-technicus, staande voor een groep eerstejaars eerstejaarsstudenten in de gloednieuwe Laboratories of Analytical Biology (LAB) van het National Museum of Natural History hub voor moleculaire biotechnologie.
De studenten zijn 15 van de 100 studenten die deelnemen aan een selectief programma voor wetenschap, technologie, engineering en wiskunde (STEM) aan de South River High School in Edgewater, MD. Deze maand kregen ze een kijkje achter de schermen van enkele van de museum collecties, de laboratoriumfaciliteiten en de mensen die ze beheren.
Vorig jaar toonde 28 procent van de eerstejaarsstudenten in de middelbare school interesse in een STEM-carrière. Volgens experts uit de industrie zal meer dan de helft van deze studenten die interesse echter verliezen tegen de tijd dat ze senior zijn. Het Smithsonian team van LAB hoopt dat de studenten van Edgewater niet in die val zullen vallen.
"De taakschaduwing verduidelijkt alle mogelijke richtingen die ze kunnen inslaan", zegt afdelingsvoorzitter Hillary Catan van de middelbare school, die de groep volgde. "Als ze binnenkomen, hebben ze misschien een beperktere focus of idee van wat STEM-carrières kunnen zijn, en wanneer ze vertrekken weten ze dat de wereld hun oester is."
Musea kunnen praktische leermogelijkheden bieden in de wetenschappen die scholen niet kunnen, en hun curatoren weten dit. Het American Museum of Natural History in New York organiseert een programma dat middelbare scholieren twee keer per maand gedurende het schooljaar en gedurende drie weken in de zomer samenbrengt om wetenschap te studeren. Het National WWII Museum in New Orleans sponsort veldreizen ter plaatse voor middelbare en middelbare scholieren in wiskunde en natuurwetenschappen om hen een interdisciplinaire les te geven in hoe natuurkunde geschiedenis kan informeren. In Ohio organiseert de Air Force Museum Foundation workshops voor studenten. Allen ondersteunen het STEM-onderwijs van jonge studenten in de hoop aan de vraag naar het personeel van de toekomst te voldoen.
Het Smithsonian Institution blijft op schema om hetzelfde te doen; President Obama heeft opgeroepen tot een budgetverhoging van $ 25 miljoen voor STEM-gerelateerde programmering. Het geld helpt bij het creëren van online bronnen voor studenten en stelt docenten in staat Smithsoniaanse inhoud te combineren met schoolwerk. Dit oormerk maakt deel uit van de bestaande pool van $ 180 miljoen aan federale fondsen voor STEM-programmering die is verdeeld over het Smithsonian, het Amerikaanse ministerie van Onderwijs en de National Science Foundation.
De South River High School-tour begon in het binnenkort te verwachten Q? RIUS Education Center van het National Museum of Natural History, een ruimte van 10.000 vierkante voet met een verzameling van 20.000 objecten aan onderzoek, en ging daarna snel door naar het LAB, waar Halleran de studenten ondervroeg over de basenparen van DNA, en zij antwoordden vlug en riepen: "Guanine en cytosine! Adenine en thymine! "
Smithsonian onderzoeker Amy Driskell legde uit hoe zij en haar collega's een proces genaamd een polymerase kettingreactie gebruiken om het DNA van vogels en vissen te bestuderen. "In de komende jaren hebben we een DNA-sequentie voor elke vis - ze worden allemaal 'barcode', " zegt Driskell.
Sommige van deze vissen zijn afkomstig van het Smithsonian's Deep Reef Observation Project, dat specimens van Caraïbische diepe riffen verzamelt via een onderwaterboot voor vijf personen. "Je zou 300 voet in de oceaan zijn in de tijd die je nodig hebt om van hier terug in de bus te komen, " vertelde Lee Weigt, de directeur van LAB, de groep.
Studenten hoorden over real-world toepassingen van barcodering van Matthew Kweskin, IT-manager van LAB. Nadat een vlucht van US Airways een "vogelaanvaring" had ondergaan, waardoor Captain Chesley Sullenberger in 2009 werd gedwongen het vliegtuig in de Hudson River te landen, verscheepten autoriteiten vogelresten die in de motor van het vliegtuig waren gevonden naar het Smithsonian voor analyse. Onderzoekers hebben de DNA-sequentie die is geëxtraheerd uit de monsters ingevoerd in de Barcode of Life-database, een zoekmachine die ontelbare bestanden van vogelsoorten waarvan de sequentie is bepaald, analyseert en bevestigde dat de monsters afkomstig waren van Canadese ganzen. Deze gegevens worden gebruikt om vliegvelden te helpen het soort vogels te begrijpen dat problemen op luchthavens veroorzaakt.
De tour vertrok vervolgens uit het laboratorium en naar de opslagruimtes van het museum, waar studenten een kijkje namen in de collecties van de ongewervelde zoölogie. De laatste stop was op de afdeling plantkunde, waar collectiesbeheerder Gregory McKee de studenten vertelde over de plantencollecties van de instelling, die 4, 5 miljoen exemplaren bevatten.
McKee liep langs verschillende geconserveerde planten en legde uit hoe onderzoekers ze verzamelen en bewaren. Hij grijpt terug op de onderzoeksinspanningen van LAB en zei dat DNA-sequencingtechnologieën het mysterie kunnen helpen verklaren waarom één soort bamboebloemen slechts eens in de 120 jaar bloeit.
"Ze betalen me een beetje geld om het bos in te gaan en vies vuil te worden, en ik hoef geen stropdas te dragen, " zegt McKee waarom hij van zijn werk houdt. Hij vertelde hen over het ontmoeten van een 70-jarige man in Mongolië die zo'n expert was in plantkunde dat hij precies wist welke dennenappels te eten, die hij zelf in de bomen heeft geschud om op te halen.
"Dat is geweldig", zegt Jesse McElree, een 15-jarige student. De inwoner van Annapolis zegt dat terwijl hij het meest van wiskunde houdt en hoopt ingenieur te worden, de discussie van McKee het hoogtepunt van de tour was.
Jacob Mondoro, 15, van Edgewater, vond de plantkunde-afdeling ook de meest boeiende stop tijdens de tour. Hij wil ook engineering nastreven, maar zegt dat hij vermoedt dat een carrière in de plantenwetenschappen in de toekomst waardevol zou zijn.
"Plantkunde lijkt het soort dingen dat later heel intens zal zijn vanwege de opwarming van de aarde", zegt Mondoro. "Zonder het juiste personeelsbestand, zullen er niet veel mensen zijn die de aarde en de manier waarop deze moet zijn daadwerkelijk kunnen onderhouden."
Lab-technicus Caitlin Baker, die de groep van McElree en Mondoro leidde, zegt dat de tour een eye-opening ervaring leek voor de eerstejaarsstudenten, vooral de vrouwelijke studenten, die in de minderheid waren.
"Ik denk dat het echt een stimulans is om vrouwen in de wetenschap te zien en zeer geavanceerd onderzoek te doen", zegt Baker. “Ik hoop dat het feit dat er zoveel meer mannen in deze groep zijn, de meisjes niet het gevoel geeft dat het een mannelijk veld is. Dat is het echt niet meer. '
Voor Lauren Suite, een 14-jarige student uit Edgewater, had de binnenkant een informatieve uitstraling. "Het gaf me meer inzicht in wat ik in de toekomst zou willen doen", zegt Suite, die medisch onderzoek overweegt. "Ik probeer op de hoogte te blijven van alles en hopelijk deel uit te maken van de ontwikkeling van nieuwe [technologieën] in de toekomst."
Halloran denkt dat deze snelheid van innovatie de studenten heeft geraakt. Hun STEM-studies zijn cruciaal om hen voor te bereiden op het werken met en het creëren van 21ste-eeuwse technologieën, ook al is het mogelijk dat nieuwe technologie, tegen de tijd dat ze in slechts een paar jaar afstuderen, de tools die ze bij LAB hebben gezien, heeft overtroffen.
"Iedereen vindt het cool om Jacques Cousteau te zijn en te gaan duiken en verzamelen", zegt Halloran. “Maar ze hebben echt alle vaardigheden nodig om dat te kunnen doen. Ik denk dat hoe eerder ze een idee hebben van de reikwijdte ervan, hoe beter het is om te kunnen toepassen wat ze al op de middelbare school leren en zelf niches te maken. '
