耐逆境的植物

在動物界中，有一種動物既耐寒耐旱，又耐輻射，它就是水熊蟲。而在植物界，有一種植物與水熊蟲具有相同的特性，它就是齒肋赤蘚。

2024年7月6日，中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所的研究團隊在第三次對古爾班通古特沙漠進行綜合科學考察期間，發(fā)現(xiàn)了一種堪稱“逆境植物”之王的植物——齒肋赤蘚。

齒肋赤蘚是蘚類植物的一種，是全球分布的荒漠苔蘚，集中分布在我國新疆古爾班通古特沙漠、騰格里沙漠及美國莫哈維沙漠。齒肋赤蘚植株矮小，密集叢生，莖直立，葉片呈披針形，先端漸尖，葉邊緣具有齒狀結構，葉片細胞小而密集，細胞壁較厚。

齒肋赤蘚廣泛分布于全球干旱、半干旱地區(qū)。在極端干旱、貧瘠、強風沙的自然條件下，它們會聚集地生長在一起，呈休眠狀態(tài)，遠遠看起來就像一層深灰色的“殼”覆蓋在沙漠表面。

齒肋赤蘚具有許多能適應極端環(huán)境的特性，主要表現(xiàn)在以下方面：

一是耐極端環(huán)境。在第三次古爾班通古特沙漠考察中，中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所的研究團隊聚焦于沙漠極端環(huán)境的先鋒物種齒肋赤蘚?？蒲袌F隊通過科學實驗，首次系統(tǒng)證明齒肋赤蘚能耐受自身98%以上的細胞脫水，實現(xiàn)“干而不死”；耐受-196℃超低溫速凍，實現(xiàn)“凍而不死”；耐受超過5000格雷伽馬輻射，實現(xiàn)“照而不死”；能夠快速實現(xiàn)復蘇、變綠并恢復生長，具有非凡的復原力。它能在-80℃下生存30天，在火星模擬條件下仍能存活并再生出新的植株。

二是快速復蘇。中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所的研究團隊對“干死”12年的齒肋赤蘚標本進行復水實驗，無論是在黑暗條件下，還是在光照條件下，復水后的齒肋赤蘚都能從失水狀態(tài)的深灰色迅速變成綠色。沙漠中的齒肋赤蘚多數(shù)時候呈現(xiàn)完全脫水的深灰色休眠狀態(tài)，一旦遇水就會快速復蘇、變綠并恢復生長。

三是結構特殊。齒肋赤蘚的葉片重疊，可以減少水分蒸發(fā)，葉端白色的芒尖能反射強烈的陽光，芒尖發(fā)育特征實現(xiàn)了自上而下的吸水模式。

四是在生理和代謝層面，齒肋赤蘚能夠在逆境中進入選擇性代謝休眠狀態(tài)，保留關鍵代謝產(chǎn)物（如蔗糖和麥芽糖等），還能積累高水平的抗氧化酶來使自身免受損傷，在脫離逆境后可迅速提供恢復所需的能量。

因為具有適應極端環(huán)境特性的能力，齒肋赤蘚成為未來火星綠化和生態(tài)系統(tǒng)建設的理想候選植物，可以為人類探索太空，打造宜居星球提供靈感。

火星大氣稀薄，空氣密度只有地球的1%左右，主要成分是二氧化碳，難以形成有效的溫室效應，導致大氣既寒冷又干燥；火星的溫度和氣壓較低，平均表面溫度低至-55℃、大氣壓僅為地球的0.8%左右，導致人類在沒有防護的情況下會產(chǎn)生寒冷和膨脹感；火星大氣中的氧氣含量極低，人類無法直接呼吸火星的空氣；火星輻射強，缺少濃厚層的有效保護，表面輻射水平較高，對生物可能產(chǎn)生危害。一直以來，火星被認為是最適合人類居住的第二家園，對火星的探索有助于人類更深入地了解行星的形成、演化，探尋宇宙的奧秘。

齒肋赤蘚具有“干而不死”“凍而不死”“照而不死”的超級抗逆特性，具備了在火星生存的能力，所以讓齒肋赤蘚進駐火星對火星探索具有重要意義。一是助力火星生態(tài)系統(tǒng)建設。齒肋赤蘚是沙漠極端環(huán)境的先鋒物種，可以改善土壤和大氣環(huán)境，利于其他荒漠植物的定居和存活。二是提供地外研究方向。基于齒肋赤蘚的極端耐受性，科研人員后續(xù)將進一步開展地外星球航空器搭載實驗，實時監(jiān)測微重力和多種電離輻射逆境下齒肋赤蘚的生存響應及適應能力，并解析其生理及分子基礎，探尋關鍵的生命耐受調(diào)控密碼，為未來齒肋赤蘚向外太空拓植應用奠定基礎，也為超級抗逆植物創(chuàng)制和仿生新材料研發(fā)提供新的思路。

目前，齒肋赤蘚還沒有真正在火星上種植，相關研究仍在進行，但它在模擬火星環(huán)境的實驗中已經(jīng)展現(xiàn)出來在火星上存活的潛力及其對太空探索的重要價值。

（摘自《知識窗·上半月》2024年第10期）