地球上最頑強的植物之一，這種苔蘚或成未來火星移民的關鍵！

圖蟲創(chuàng)意

在人類探索宇宙的宏偉藍圖中，火星一直是我們最為向往的目標之一。然而，這顆紅色星球的環(huán)境對地球生命而言極其嚴酷：稀薄的大氣、極端的溫度變化、強烈的輻射以及缺乏液態(tài)水。如何在這樣的環(huán)境中建立人類棲息地，是科學家們一直在思考的問題。而今，一種來自地球最嚴酷環(huán)境的生命，正為我們開辟一條新的思路——它就是沙漠苔蘚齒肋赤蘚。

齒肋赤蘚（Syntrichia caninervis）是一種常見于荒漠地區(qū)的苔蘚植物。它廣泛分布于全球各地的干旱、高海拔和極地區(qū)域，如中國的古爾班通古特沙漠、騰格里沙漠，帕米爾高原以及美國的莫哈韋沙漠等。這種不起眼的小植物，正在為人類探索太空、甚至未來在火星上建立基地提供重要啟示。

中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所張道遠研究員團隊對齒肋赤蘚進行了一系列極限測試，結果令人驚嘆：

超強脫水耐受性：即使失去99%以上的細胞水分，它也能在重新吸水后幾秒鐘內(nèi)恢復光合作用。在實驗中觀察到，完全干燥的黑色苔蘚體在接觸水后僅2秒就恢復了綠色，20秒內(nèi)就恢復了80%以上的含水量，2分鐘內(nèi)就完全恢復了光合作用能力。這種"起死回生"的能力，使得齒肋赤蘚能夠在長期干旱的環(huán)境中存活。

卓越的耐凍能力：在-80℃冷凍5年或液氮（-196℃）中保存1個月后仍能存活再生。這一特性不僅展示了齒肋赤蘚對極端低溫的適應能力。值得注意的是，即使在完全水化狀態(tài)下（含水量100%），它仍然表現(xiàn)出了相當?shù)哪蛢鲂裕M管存活率和再生能力略低于干燥狀態(tài)。

驚人的抗輻射能力：可耐受高達5000戈瑞的伽馬射線照射，這是普通植物承受極限的5倍以上，抗輻射能力與受人關注的緩步動物（俗稱"水熊蟲"）相當。

多重極端環(huán)境耐受性：能在模擬的火星環(huán)境（低溫、95%CO2低氧、干燥和強紫外線）下存活7天并恢復生長。這項測試最能說明齒肋赤蘚作為火星先鋒植物的潛力。在模擬火星環(huán)境中，齒肋赤蘚不僅能夠存活，還能在恢復正常生長條件后重新生長，展現(xiàn)出了令人難以置信的生命力。

那么，齒肋赤蘚是如何做到這些的呢？研究人員發(fā)現(xiàn)，這種苔蘚的驚人能力源于其獨特的形態(tài)結構、生理生化和分子適應機制：

首先，在形態(tài)上，齒肋赤蘚進化出了一系列適應極端干旱環(huán)境的特征。它的葉片能夠在干燥時卷曲，減少水分蒸發(fā)的表面積。葉尖的白色芒尖不僅能反射強光，還能提高水分利用效率。這些特征使得齒肋赤蘚能夠在極端干旱和強光照的環(huán)境中生存。

其次，在生理生化層面，齒肋赤蘚也有獨特的適應機制。在壓力條件下，它會進入一種選擇性的代謝休眠狀態(tài)，戰(zhàn)略性地保存關鍵代謝物。例如，在極端壓力條件下，齒肋赤蘚會維持高水平的蔗糖和麥芽糖，這些糖類不僅作為滲透調(diào)節(jié)劑和保護劑幫助維持細胞結構，還為極端壓力解除后的快速恢復提供能量。此外，齒肋赤蘚還具有強大的活性氧清除能力，通過積累高水平的過氧化氫酶、谷胱甘肽S-轉移酶和過氧化物酶來應對壓力。

在分子水平上，齒肋赤蘚的多重壓力耐受性涉及復雜的調(diào)控機制。研究發(fā)現(xiàn)，與壓力相關的晚期胚胎發(fā)生豐富蛋白（LEA）基因和過氧化氫酶基因的擴增，以及編碼光保護早期光誘導蛋白（ELIPs）的基因的串聯(lián)重復，都是齒肋赤蘚極端環(huán)境的重要分子基礎。在極端壓力條件下，這些調(diào)控機制還涉及與光合作用、蛋白質穩(wěn)定、抗氧化防御和細胞修復等關鍵過程相關的基因和蛋白質的精準調(diào)節(jié)。

齒肋赤蘚的這些特性使其成為未來火星移民的理想先鋒植物。它不僅能適應火星惡劣的環(huán)境條件，還能通過光合作用產(chǎn)生氧氣，固定碳，改善土壤，為其他生物創(chuàng)造生存條件。在地球上，齒肋赤蘚就是生物土壤結皮的重要組成部分，在荒漠生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著至關重要的作用。它們能夠穩(wěn)定沙土表面，增強土壤保水能力，并通過生物固氮為貧瘠的沙漠土壤提供營養(yǎng)。這些特性使得齒肋赤蘚成為改造火星環(huán)境的理想候選者。

此外，齒肋赤蘚的基因也可能被用來培育抗逆性更強的作物。通過基因工程技術，我們可能會開發(fā)出能夠在極端環(huán)境下生長的新型作物，不僅可以應對地球上日益嚴峻的環(huán)境變化，還可以為未來的星際移民提供食物來源。

雖然人類在火星上建立自給自足的棲息地還有很長的路要走，但齒肋赤蘚的研究為我們開辟了一條新的思路。未來，這種小小的植物可能真的會被帶到火星或月球上進行實地測試，為人類的星際移民事業(yè)貢獻一份力量。隨著中國“天問一號”等火星探測任務的成功，相信在不久的將來，我們就能看到齒肋赤蘚在紅色星球上生長的身影，為人類移民火星鋪平道路。

齒肋赤蘚的研究不僅對星際探索具有重要意義，對地球上的環(huán)境保護和生態(tài)修復也有重要啟示。在全球氣候變化的背景下，了解和利用這些極端環(huán)境生物的生存策略，可能為我們應對日益嚴峻的環(huán)境挑戰(zhàn)提供新的思路和方法。

齒肋赤蘚的故事，正是人類智慧和大自然奇跡的完美結合，詮釋了生命的頑強和科學探索的無限可能。

本文為科普中國·創(chuàng)作培育計劃扶持作品

作者：楊啟林 中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所 博士

審核：王康 北京植物園科普中心主任 教授級高級工程師；顧壘 首都師范大學生命科學學院 副教授

出品：中國科協(xié)科普部

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