地球上最頑強(qiáng)的植物之一，這種苔蘚或成未來(lái)火星移民的關(guān)鍵！

圖蟲(chóng)創(chuàng)意

在人類探索宇宙的宏偉藍(lán)圖中，火星一直是我們最為向往的目標(biāo)之一。然而，這顆紅色星球的環(huán)境對(duì)地球生命而言極其嚴(yán)酷：稀薄的大氣、極端的溫度變化、強(qiáng)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(xué)家們一直在思考的問(wèn)題。而今，一種來(lái)自地球最嚴(yán)酷環(huán)境的生命，正為我們開(kāi)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(jiàn)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(guó)的古爾班通古特沙漠、騰格里沙漠，帕米爾高原以及美國(guó)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(lái)在火星上建立基地提供重要啟示。

中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所張道遠(yuǎn)研究員團(tuán)隊(duì)對(duì)齒肋赤蘚進(jìn)行了一系列極限測(cè)試，結(jié)果令人驚嘆：

超強(qiáng)脫水耐受性：即使失去99%以上的細(xì)胞水分，它也能在重新吸水后幾秒鐘內(nèi)恢復(fù)光合作用。在實(shí)驗(yàn)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(fù)了綠色，20秒內(nèi)就恢復(fù)了80%以上的含水量，2分鐘內(nèi)就完全恢復(fù)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(zhǎng)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(gè)月后仍能存活再生。這一特性不僅展示了齒肋赤蘚對(duì)極端低溫的適應(yīng)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(dāng)?shù)哪蛢鲂?，盡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(dá)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(guān)注的緩步動(dòng)物（俗稱"水熊蟲(chóng)"）相當(dāng)。

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(qiáng)紫外線）下存活7天并恢復(fù)生長(zhǎng)。這項(xiàng)測(cè)試最能說(shuō)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(fù)正常生長(zhǎng)條件后重新生長(zhǎng)，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(dú)特的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化和分子適應(yīng)機(jī)制：

首先，在形態(tài)上，齒肋赤蘚進(jìn)化出了一系列適應(yīng)極端干旱環(huán)境的特征。它的葉片能夠在干燥時(shí)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(qiáng)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(qiáng)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(dú)特的適應(yīng)機(jī)制。在壓力條件下，它會(huì)進(jìn)入一種選擇性的代謝休眠狀態(tài)，戰(zhàn)略性地保存關(guān)鍵代謝物。例如，在極端壓力條件下，齒肋赤蘚會(huì)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(hù)劑幫助維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)，還為極端壓力解除后的快速恢復(fù)提供能量。此外，齒肋赤蘚還具有強(qiáng)大的活性氧清除能力，通過(guò)積累高水平的過(guò)氧化氫酶、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶和過(guò)氧化物酶來(lái)應(yīng)對(duì)壓力。

在分子水平上，齒肋赤蘚的多重壓力耐受性涉及復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，與壓力相關(guān)的晚期胚胎發(fā)生豐富蛋白（LEA）基因和過(guò)氧化氫酶基因的擴(kuò)增，以及編碼光保護(hù)早期光誘導(dǎo)蛋白（ELIPs）的基因的串聯(lián)重復(fù)，都是齒肋赤蘚極端環(huán)境的重要分子基礎(chǔ)。在極端壓力條件下，這些調(diào)控機(jī)制還涉及與光合作用、蛋白質(zhì)穩(wěn)定、抗氧化防御和細(xì)胞修復(fù)等關(guān)鍵過(guò)程相關(guān)的基因和蛋白質(zhì)的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。

齒肋赤蘚的這些特性使其成為未來(lái)火星移民的理想先鋒植物。它不僅能適應(yīng)火星惡劣的環(huán)境條件，還能通過(guò)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(jié)皮的重要組成部分，在荒漠生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它們能夠穩(wěn)定沙土表面，增強(qiáng)土壤保水能力，并通過(guò)生物固氮為貧瘠的沙漠土壤提供營(yíng)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(lái)培育抗逆性更強(qiáng)的作物。通過(guò)基因工程技術(shù)，我們可能會(huì)開(kāi)發(fā)出能夠在極端環(huán)境下生長(zhǎng)的新型作物，不僅可以應(yīng)對(duì)地球上日益嚴(yán)峻的環(huán)境變化，還可以為未來(lái)的星際移民提供食物來(lái)源。

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

齒肋赤蘚的研究不僅對(duì)星際探索具有重要意義，對(duì)地球上的環(huán)境保護(hù)和生態(tài)修復(fù)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(yīng)對(duì)日益嚴(yán)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(jié)合，詮釋了生命的頑強(qiáng)和科學(xué)探索的無(wú)限可能。

本文為科普中國(guó)·創(chuàng)作培育計(jì)劃扶持作品

作者：楊啟林 中國(guó)科學(xué)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(jí)高級(jí)工程師；顧壘 首都師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 副教授

出品：中國(guó)科協(xié)科普部

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