For mer enn 20 år siden begynte forskere den 13 år lange prosessen med å jobbe med hundrevis av sekvenseringsmaskiner for å kartlegge hele menneskets genom. I dag kan den samme mengden data produseres i løpet av noen dager til noen få uker, og til en brøkdel av prisen.
"Smarte mennesker som dere vil jobbe med det, " sier Maggie Halloran, en sekvenseringstekniker, som står foran en gruppe med øyne med høyøyskole på gymnaset ved National Museum of Natural Historys splitter nye Laboratories of Analytical Biology (LAB), en molekylær bioteknologisk knutepunkt.
Studentene er 15 av de 100 som deltar på et selektivt program for naturvitenskap, teknologi, ingeniørvitenskap og matematikk (STEM) på South River High School i Edgewater, Md. Denne måneden fikk de et bak kulissene-blikk på noen av museets samlingene, laboratoriefasilitetene og menneskene som driver dem.
I fjor uttrykte 28 prosent av ungdomsskolen i USA interesse for å satse på en STEM-karriere. Imidlertid vil mer enn halvparten av disse studentene miste interessen når de er eldre, ifølge bransjeeksperter. Smithsonian-teamet på LAB håper at studentene fra Edgewater ikke vil falle i den fellen.
"Jobbskyggingen tydeliggjør alle mylderet av veibeskrivelser som de kan gå i, " sier gymnasets avdelingsleder Hillary Catan, som fulgte sammen med gruppen. "Når de kommer inn, kan de ha et mer trangt fokus eller ide om hva STEM-karrierer kan være, og når de drar, vet de at verden er deres østers."
Museer kan tilby praktiske læringsmuligheter innen fagene skolene ikke kan, og kuratorene deres vet dette. American Museum of Natural History i New York er vertskap for et program som samler elever på videregående skoler to ganger i måneden i løpet av skoleåret og i tre uker om sommeren for å studere vitenskap. National WWII Museum i New Orleans sponser feltturer på stedet for matte- og naturfagstudenter på videregående og videregående skole for å gi dem en tverrfaglig leksjon i hvordan fysikk kan informere historien. I Ohio holder Air Force Museum Foundation workshops for studenter. Alle styrker unge studenters STEM-utdanning i håp om å møte etterspørselen etter fremtidens arbeidsstyrke.
Smithsonian Institution er fortsatt på sporet for å gjøre det samme; President Obama har bedt om en øking av budsjettet på 25 millioner dollar øremerket STEM-relatert programmering. Midlene vil bidra til å skape online ressurser for studenter og la lærere kombinere Smithsonian-innhold med skolearbeid. Dette øremerket er en del av administrasjonens eksisterende $ 180 millioner dollar med føderale midler som er viet til STEM-programmering som er delt opp mellom Smithsonian, det amerikanske utdanningsdepartementet og National Science Foundation.
South River High School-turen begynte på National Museum of Natural History's snart kommende Q? RIUS Education Center, et 10 000 kvadratmeter stort rom som vil huse en samling av 20 000 objekter med forskning, og deretter raskt videre til LAB, der Halleran spurte studentene om baseparene av DNA, og de svarte lett og ropte: “Guanine og cytosin! Adenin og timin! ”
Smithsonian-forsker Amy Driskell forklarte hvordan hun og kollegene bruker en prosess som kalles en polymerasekjedereaksjon for å studere DNA fra fugler og fisk. "I løpet av de neste årene har vi en DNA-sekvens for hver fisk - de vil alle være 'strekkodet, ' sier Driskell.
Noen av disse fiskene kommer fra Smithsonian's Deep Reef Observation Project, som samler eksemplarer fra dype skjær i Karibien gjennom en nedsenkbar fem-person. "Du vil være 1000 meter nede i havet i den tiden det tar deg å komme hitfra og tilbake på bussen, " sa Lee Weigt, LABs direktør, til gruppen.
Studentene fikk høre om virkelighetsnære applikasjoner av strekkoding fra Matthew Kweskin, LABs IT-sjef. Etter at en US Airways-flytur fikk en "fuglestreik", og tvang kaptein Chesley Sullenberger til å lande flyet i Hudson River i 2009, sendte myndighetene fuglerester som ble funnet i flyets motor til Smithsonian for analyse. Forskere la inn DNA-sekvensen som ble trukket ut fra eksemplene i Barcode of Life-databasen, en søkemotor som analyserer gjennom utallige filer med sekvenserte fuglearter, og bekreftet at prøvene var fra Canada-gjess. Denne informasjonen brukes til å hjelpe flyplassene med å forstå den typen fugler som forårsaker problemer på flyplassene.
Turen flyttet deretter ut av laboratoriet og inn i museets lagerrom, der studenter fikk kikket på den virvelløse zoologiske avdelingens samlinger. Det siste stoppet var inne i botanikkavdelingen, der samlingssjef Gregory McKee fortalte studentene om institusjonens plantesamlinger, som har 4, 5 millioner eksemplarer.
McKee passerte rundt flere konserverte planter og forklarte hvordan forskere samler og bevarer dem. Han harket tilbake til LABs forskningsinnsats og sa at DNA-sekvenseringsteknologier kan bidra til å forklare mysteriet om hvorfor en art av bambusblomster blomstrer bare hvert eneste 120 år.
"De betaler meg litt for å gå ut i skogen og bli skitten skitten, og jeg trenger ikke å ha slips, " sier McKee om hvorfor han elsker jobben sin. Han fortalte dem om å møte en 70 år gammel mann i Mongolia som var en så ekspert på botanikk at han visste akkurat hvilke pinecones å spise, som han snublet opp trær for å hente.
"Det er utrolig, " sier Jesse McElree, en 15 år gammel student. Innfødt av Annapolis sier at mens han liker matematikk mest og håper å bli ingeniør, var McKes diskusjon høydepunktet på turen.
Jacob Mondoro, 15, fra Edgewater, fant også botanikkavdelingen som det mest overbevisende stoppet på turen. Også han ønsker å drive ingeniørfag, men sier at han mistenker at en karriere innen plantevitenskap ville være verdifull i fremtiden.
"Botanikk virker som den typen ting som vil bli veldig intens senere på grunn av den globale oppvarmingssituasjonen, " sier Mondoro. "Uten en ordentlig arbeidskraft vil det ikke være mange mennesker som faktisk kan opprettholde jorden og slik den trenger å være."
Labtekniker Caitlin Baker, som ledet gruppen av McElree og Mondoro, sier at turen virket som en øyeåpnende opplevelse for de nyutdannede, spesielt de kvinnelige studentene, som var overgått.
"Jeg tror det er virkelig bemyndigende å se kvinner i vitenskap og gjøre svært nyskapende forskning, " sier Baker. ”Jeg håper at det faktum at det er så mange flere menn i denne gruppen, ikke gir jentene en slags følelse av at det er et mannsfelt. Det er det ikke lenger. ”
For Lauren Suite, en 14 år gammel student fra Edgewater, var det innvendige utseendet informativt. "Det ga meg mer innsikt i hva jeg kanskje vil gjøre i fremtiden, " sier Suite, som vurderer medisinsk forskning. "Jeg prøver å holde meg oppdatert med alt og forhåpentligvis være en del av å utvikle nye [teknologier] i fremtiden."
Halloran mener denne innovasjonshastigheten slo hjem for studentene. STEM-studiene deres er avgjørende for å forberede dem til å jobbe med og lage teknologier fra det 21. århundre, selv om det på den tiden de ble uteksaminert på college bare noen år, kan ny teknologi ha overgått verktøyene de var vitne til på LAB.
"Alle synes det høres kult ut å være Jacques Cousteau og å dykke og samle, " sier Halloran. ”Men de trenger virkelig hele settet med ferdigheter for å kunne gjøre det. Jeg tror jo før de har en ide om omfanget av det hele, jo bedre er det for dem å kunne bruke det de allerede lærer på videregående skole og lage nisjer til seg selv. ”
