時光見證者！植物界能活2000年的活化石

Skin

目前世界上最大年齡的百歲蘭，已經(jīng)約2000歲了

你能想象有一種植物，在恐龍還未滅絕的時代就存在，經(jīng)過了漫長的歷史長河，現(xiàn)在仍然存在世界上嗎？這是具有世界上最長壽葉子的植物——百歲蘭，距今，年齡最大的百歲蘭已經(jīng)有2000多歲了。

不懼時光流失的百歲蘭

百歲蘭的學(xué)名中隱藏了一段故事，19世紀(jì)，奧地利的植物學(xué)家弗里德里?！ろf爾維奇在非洲發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的生物，它看起來像是長在沙漠里的章魚，渾身布滿卷曲分裂的葉子。植物學(xué)家既震撼，又恐懼，甚至“只能跪在地上，什么也做不了，唯恐一碰就會發(fā)現(xiàn)這種植物只是想象中虛構(gòu)出來的。”之后，百歲蘭的學(xué)名以植物學(xué)家韋爾維奇命名，而mirabilis就是奇跡般的意思，百歲蘭的學(xué)名正是“韋爾維奇發(fā)現(xiàn)的神奇植物”：Welwitschia mirabilis。

雖然它名字叫百歲蘭，但實際上它不僅僅能活一百歲。通過碳14定年法的測量，研究者發(fā)現(xiàn)有些百歲蘭其實已經(jīng)五六百歲了，而更大的百歲蘭很有可能活到2000～3000年以上。

這種植物生長在非洲南部，安哥拉和納米比亞沿岸的納米布沙漠地區(qū)。納米布沙漠是世界上最古老的沙漠之一，并且完全就是一片荒蕪之地，年降水量低于25mm。為了在這樣的惡劣環(huán)境中存活下來，百歲蘭進(jìn)化出了奇怪的形態(tài)：一個短矮而粗壯的倒錐形樹干，極長的主根用來吸收地下的水分，當(dāng)然，最重要的還是它有兩片永遠(yuǎn)不會脫落的葉子。

百歲蘭的結(jié)構(gòu)

在南非的語言中，百歲蘭也被叫作“twee blaar kanniedood”，大意是“兩片不會死的葉子”。的確如此，百歲蘭終生只有兩片葉子，能夠持續(xù)生長數(shù)千年不會脫落。有人猜測，這是由于熱帶植物不需要像溫帶植物一樣通過落葉來抵抗寒冷，并且一年四季也不會缺水。不過，在這種干旱到荒無人煙的沙漠中，它究竟是如何吸收水分的呢？

百歲蘭的神秘生存策略

百歲蘭的根系非常發(fā)達(dá)，不僅有深入地下能夠接觸到地下水的主根，同時，在這片近海的沙漠中，雖然百歲蘭葉片表面的氣孔會因為省水而關(guān)閉，但靠近地面的須根會充分吸收清晨帶來的海霧以保持濕潤。

百歲蘭：不僅沒禿，甚至這頭長發(fā)還有點飄逸

生長在熱帶干旱地區(qū)的多肉植物，為了適應(yīng)生存，發(fā)展出了一種獨特的生存策略：景天酸代謝

不只是百歲蘭，其實世界上很多生長在非常干旱地區(qū)的植物都有自己的省水技巧——景天酸代謝（Crassulacean acid metabolism，CAM）。在干旱環(huán)境中，進(jìn)行CAM的植物會在白天保持葉片氣孔的關(guān)閉，減少水分的蒸發(fā)，而在晚上，氣孔打開吸收二氧化碳，這些二氧化碳會以蘋果酸的形式儲存在液泡中，到了白天后重新轉(zhuǎn)化為二氧化碳，以供光合作用消耗。生長在干旱沙漠中的仙人掌、多肉植物都是使用這種方式來儲存體內(nèi)的水分。之所以被稱為“景天酸代謝”，是由于這種酸代謝機(jī)制最早是在景天科植物中發(fā)現(xiàn)的。

雖然百歲蘭看起來有一頭濃密的長發(fā)，但也就是看起來多，實際上它只有兩根而已。葉片基部的分生細(xì)胞會不斷產(chǎn)生新的葉片組織，支持它持續(xù)生長。而當(dāng)葉片尾端的那些細(xì)胞凋亡后，葉片尾部就會逐漸枯萎，展現(xiàn)出像是被燒焦的形態(tài)。但是依舊不會脫落，而這，其實也是百歲蘭神秘的生存策略之一。

在中科院中-非聯(lián)合研究中心的組織下，深圳中科院仙湖植物園萬濤研究員團(tuán)隊、中國科學(xué)院武漢植物園王青鋒研究員團(tuán)隊，以及納米比亞Gobabeb研究中心、英國Kew皇家植物園、中國科學(xué)院植物研究所等單位的科學(xué)家啟動了對于百歲蘭的研究，從百歲蘭基因組的角度上探究它的演化歷史，以及生態(tài)適應(yīng)性。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，百歲蘭的基因組呈現(xiàn)極端重度甲基化。所謂基因的甲基化，就是給原本的DNA加上甲基，而這會影響基因的表達(dá)，讓它沒有辦法發(fā)揮遺傳物質(zhì)本該有的作用。簡單點來說其實就是不讓原有的基因正常工作了。

這種甲基化能夠保持基因組的完整性，還能避免DNA的有害突變。另外，重度甲基化加速了百歲蘭基因組的脫氨作用。通常來說，當(dāng)構(gòu)成DNA的胞嘧啶（C）脫氨后會轉(zhuǎn)化為尿嘧啶（U），因此，百歲蘭基因組中的G-C含量異常的低。

在漫長的發(fā)展過程中，百歲蘭的基因組向著越來越簡單，并且“低能耗”的方向演化。

葉片尾端真的會有種像被燒焦一樣的形態(tài)

這是因為，對于生命來說，DNA復(fù)制就是最基本的生命活動。因此擁有更多的遺傳物質(zhì)就意味著要消耗大量的能量。在沙漠這樣惡劣的環(huán)境中的百歲蘭想要生存下去，就需要找到一個低成本的能量消耗策略。

其他基因也發(fā)生了一些變化，比如說植物分生組織相關(guān)的細(xì)胞，它可以讓百歲蘭的兩片葉子長久不斷地獲得新分化的葉片細(xì)胞，持續(xù)生長幾千年。另外，它抗熱并且高度木質(zhì)化的葉片也能夠適應(yīng)極端干旱的環(huán)境。

而這樣一種經(jīng)歷了漫長歲月，能夠忍受極端環(huán)境的長壽植物，由于太過獨特，以至于它屬于百歲蘭目、百歲蘭科、百歲蘭屬，在這個大分類中，只有百歲蘭這一個獨苗。也許當(dāng)我們看到這樣一株穿越上千年的生命，也會像19世紀(jì)的韋爾維奇第一次發(fā)現(xiàn)百歲蘭時一樣感到震撼。

（本文經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載自“把科學(xué)帶回家”公眾號，有刪節(jié)）