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有一种中国生物,最适宜到火星开拓“生命空间”
2020-07-03 08:31:35 来源:新华每日电讯  作者:
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  疑似火星“生命”明显增多且变大了。

  青藏高原的羊角淡盘衣生境图。均由受访者供图

  “不吃、不喝、抗寒、抗热、抗干、抗辐射,还有什么生物能比地衣更适合上太空?”

  目前,我国的登陆火星计划已进入倒计时。地衣专家王立松希望,在未来,青藏高原的地衣能有机会到火星一游,做人类“移民”的“急先锋”,去开疆拓土

  “火星上发现有生命,是地-衣-!王老师,快来看……”王立松的硕士研究生故意把“地衣”这个词做了拖音,大声呼唤他。

  王立松从办公室快步走向隔壁实验室,学生的手指向了电脑。王立松睁大了眼睛,他万万没想到,自己拒审的一篇论文,竟然真的在国际期刊上发表了,连标题都没变——《火星生命:鹰坑里的“蘑菇”在进行光合作用》。

  火星生命是地衣?

  地衣专家:不能下定论

  “火星上真有生命?是蘑菇还是地衣?怎么发现的?为什么您拒审了这篇可能引起轰动的论文?”我带着一脑子问号去找王立松,只有他能解释这一切。

  王立松是我国著名的地衣专家,中国科学院昆明植物研究所研究员。他研究地衣40年,亲手采集的地衣标本有7万多号,已分类鉴定的地衣超过千种。

  王立松的电脑旁放着三副“眼镜”:老花镜、防辐射镜、放大镜,分别对应着看印刷体、电脑屏幕和地衣。他戴上其中一副,在电脑上打开这篇论文,速览了一遍,说:“没错,这就是当时这份期刊请我审的论文,没做太大修改。”

  我们的话题,首先从论文最抓人眼球的“火星生命”说起。

  美国“机遇号”火星探测器在“鹰坑”地区执行任务时,竟然在一片岩层处拍到了数千个酷似蘑菇外形的照片。这些疑似“生命”不仅有细茎,还有球形帽,特别像人们熟知的蘑菇外形。这些“生命”聚集成群,附着在岩石的顶部和侧面,并向外突出。

  “你看这段描写,是不是很有趣,这也是学界相信火星有生命的佐证之一,”王立松尽量用通俗的语言,向我解读着这篇艰深的学术论文。

  在岩层顶部的这些“生命”是集体定向的,帽子和茎向上倾斜,像冲着某个光源进行光合作用。此外,“机遇号”还拍到了在无风情况下,12个球形“生命”冒出土壤,另外11个“生命”在三天内明显长大的照片。

  “至此,论文作者认为,这些‘生命’的生长及集体趋光性,均是行为生物学的迹象,并就此推断:地衣、蘑菇、藻类、真菌等生物也许已‘定居’火星,并在火星上进行光合作用,可能正在释放着氧气!”

  突然,王立松蹦出了地衣领域一个专业学术词汇——羊角淡盘衣。“不可思议的是,论文作者竟认为火星上这一疑似‘生命’,是地球上的物种‘羊角淡盘衣’!”

  羊角淡盘衣隶属地衣中的霜降衣科,淡盘衣属。主要分布在我国喜马拉雅地区,是青藏高原的一个常见物种,在欧洲亦有广泛分布。

  讲到这,王立松停住了,他点开自己的地衣数据库,找出了自己在青藏高原拍摄的羊角淡盘衣照片。对照着“机遇号”拍的图片,我呆住了。“客观来说,这些火星表面的疣状凸起,从形状、外观确实与‘羊角淡盘衣’高度相似。”王立松有一说一。

  国际学术期刊多采用“同行评议”的方法评估论文的科学性。针对每篇来稿,期刊会尽可能把文章送到同行专家手中审阅。作为全球顶尖的地衣专家,这篇与地衣高度相关的论文自然送到了王立松手上。

  一般来说,论文的公开发表,证明业界已经认同文内观点。刊发这篇论文的期刊名为《天体生物与空间科学研究》,影响因子是7,在业界算比较权威。该论文由美英等国科学家共同完成。

  “期刊主编当时邀请我做这篇论文的审稿人,但看完论文及这些照片后,我还是回信拒绝了。”王立松拒绝审稿自有他的道理:“火星上这些疑似生命虽然很像地衣,但‘像’不能证明就‘是’,我需要看到真实的火星材料才能做判断,如果单看照片,就断定火星上有生命,不靠谱。”

  王立松及其团队的观点很鲜明——火星上是否有生命,目前无法判断,只有看到真实的火星实物材料,才能定论。

  地衣曾多次上太空完成“极限挑战”

  “之所以敢大胆猜测这些火星生命是地衣,是有科学根据的。”看我一脸狐疑,中科院昆明植物研究所地衣学博士王欣宇主动给我讲起了历史:“欧洲航天局曾多次把地衣带上太空,进行‘极限挑战’!”

  地衣,是真菌与藻类之间互惠共生的特殊低等生物,由真菌和藻细胞构成。藻细胞通过光合作用为真菌提供养分,而菌丝又为藻细胞提供水分、无机盐及保护措施,这样“互惠共生”的特性,使得地衣不需要从基物获取营养,就能够在裸露的岩石表面自由生长。目前,全球已知地衣约2万种,中国已知3041种。

  2005年,欧洲航天局选择了两种采自南极岩石表面的壳状地衣,“地图衣”和“丽石黄衣”带上太空,并将其直接暴露在杀伤力极强的宇宙射线中,承受真空、失重、辐射、温度剧烈变化等残酷条件考验。

  半个月后,科学家将这些在太空被“苦其心志、劳其筋骨、饿其体肤”的地衣回收,发现它们在24小时内竟重新恢复了代谢活性,全部存活!彼时,兴奋的欧航局对外宣布——地衣可以在外太空环境下活15天!人类完全可以考虑将地衣作为登陆火星的材料!

  2007年,欧洲航天局又进行了类似实验,这次,他们将地衣、石内生蓝藻、细菌通过卫星送进太空,让三种生物共同暴露在宇宙中。10天后,卫星返回地面,科学家发现,仅有地衣活了下来,并且它的子囊孢子还能萌发!

  2014年,欧洲航天局再次启动地衣遨游太空计划,他们将采自南极的“丽石黄衣”和“黑瘤衣”送上了天,在国际空间站接受考验。这回,他们要让地衣的太空“旅行”延长到18个月。

  “地衣成为首个进行长期宇宙环境暴露实验的真核生物!”王欣宇说。2015年,当这批地衣重返地球时,科学家发现,结果出现了两个极端——“丽石黄衣”活了下来,并获得了“地球上最顽强生命”的美名;而“黑瘤衣”却是“气若游丝”,不仅DNA大部分已被破坏,身体还在快速降解,生命已奄奄一息。

  这次实验,虽然测出了地衣在太空的极限生命状态,但欧航局却不甘心,认为一定是选择的“黑瘤衣”出了问题,其他地衣在太空中应该能活得更久。

  “从欧航局这几次实验看,我们可得出推论:地衣在极端环境,如极寒、极高、缺氧、极干、强辐射下是可以生存的。”王欣宇解释道:首先,地衣是自然界中互惠共生的典范,共生藻进行光合作用,为自己和真菌提供生长必需的碳水化合物;而地衣型真菌则通过形成特定结构,将共生藻包裹在体内,并为其提供保护。其次,地衣的皮层还含有独特的化合物,能吸收强烈的宇宙射线。因此,地衣能够适应外太空苛刻的环境。

  参考地球生命史,地衣的出现,仅次于最早出现在海洋里的藻类。地衣在6亿年前最早登上陆地,并对陆生环境进行了一次彻头彻尾的改造,之后陆地上才出现了苔藓、蕨类、孢子植物等。

  “地衣为之后地球上的植物、动物繁衍,创造了一个最基本的条件,所以我们也称它为元老级‘先锋生物’。”王立松从不吝夸赞地衣的“江湖地位”。

  “没有高大乔木那样醒目,也没奇花异草般斗艳,但在荒地向森林演化的过程中,地衣却是在严酷生境中‘打头阵’那位。”王立松说,在海拔超过4500米的高山、退缩的冰川、干旱的沙漠中心,及死去动物的骨骼上,都有肉眼可见的地衣。其分泌的地衣酸可将附着的岩石风化为灰尘和土壤,为其他植物生长提供条件,当土壤积累到足够多时,就可以为高等植物扎根提供可能。

  强过“贝爷”无畏禁区

  地衣才是“生存强者”

  “你看过《荒野求生》吧?”王立松问我:“主持人贝尔置身各种绝境所激发出的求生本能,显示了人类挑战极限的生存能力,地衣可不亚于‘贝爷’。”

  王立松一直认为,地衣这一低等生物,拥有着人类遥不可及的“高等”生存智慧。极寒冷的南极大陆、高海拔强辐射的高原山地、干热到窒息的河谷荒漠……这些人类眼中的“生命禁区”,却是“地衣天堂”。它能巧妙地从自然界获取水分和阳光,并能依据水分和日照的多寡,决定是休眠,还是生长;是撑“遮阳伞”,还是涂“防晒霜”。

  ——南极里的“千岁寿星”。

  南极大陆是世界上最寒冷的区域,年平均气温零下25℃,测到过的最低气温零下89.6℃。在这样的低温中,钢铁会变得像玻璃一般脆;如果把一杯水泼向空中,落下的是一片冰晶。

  在那里,冰雪会反射大量太阳辐射,加之空气稀薄、紫外线强,一般植物难以生存,而地衣却不惧严寒,生机勃勃。

  “研究表明,地衣能从升华的冰雪中获取水分,并且在冻结的状态下进行光合作用,有学者曾测到过零下17℃时,地衣仍然具有活性数据。”王欣宇说:“地衣特别珍惜‘醒着’的时光,在没有冰雪覆盖的短时间内,它会争分夺秒进行光合作用。而当完全被雪覆盖后,它就会进入‘休眠’模式,体内自动代谢,产生抗冻蛋白,以抵御寒冷。”

  植物学家发现,南极洲仅有850多种植物,其中地衣就有350多种。地衣靠孢子繁殖后代,即便在南极极短的夏季,它也能完成生长发育。不过,南极地衣生长速度缓慢,一株直径10厘米的地衣,可能就是位“千岁寿星”。

  此外,南极地衣还有强烈的“开拓奉献”精神。它们在生长时,会积累环境中的微量元素,如钾、钙、磷等,这些元素非地衣所需,却是其他植物必需。“地衣是在为同伴进入南极积累‘物资’,同时,地衣一直在分泌地衣酸侵蚀岩石,化岩石为土壤,为同伴的生长提供‘家’。”王欣宇说。

  ——沙漠河谷中的“忍者”。

  地衣除了能忍受零下50℃的严寒,还能承受60℃的高温。

  缺水?不怕。在极度干旱的条件下,地衣会变得非常干燥,而一旦遇到水,就能立刻恢复生长。王立松举例说,像云南金沙江的干热河谷,年均降水量小于50毫米,日间地表最高温可达60-70℃。此外,伴随着干热河谷气候的,还有焚风。一旦焚风过境,气候会变得炎热干燥,像是桑拿里的干蒸。

  我国云贵高原的干热河谷土层较厚,但植被稀少,森林覆盖率不足5%,放眼望去,全是裸露的红土,植物生长困难。“可如果细心观察,就会在一些石块上发现黄色、黑色和白色的地衣,虽然不起眼,但那已是极少数能在这类环境中存活的生物了。”王立松说。

  由于地衣表面没有气孔,因此在干旱条件下,失水过程也会非常缓慢。一片叶子如果放在沙漠里,也许几分钟就会完全干燥,而地衣失水却需数小时。一旦失水,普通的高等植物基本就是渴死,而地衣却能在仅有5%的水分下,存活数月。

  干旱常伴随高温,但地衣同样无惧,一些品种甚至可以在60℃下活三天。“像鳞网衣就极为耐旱。曾有人在沙丘中发现过它,伸手去摸,竟然烫手。据估,当时它的温度已超过50℃。”王欣宇说。

  不能改变世界,就去改变自己。为了活下去,地衣从形态到生理结构一直在变,它们把生存的“不可能”变成了“可能”,亦给一片片荒原带去了生命的奇迹。

  “未来,当地球上能源枯竭,生命无法生存时,地衣在恶劣环境下拼尽全力活着的技巧,化腐朽为神奇的力量,能给我们人类带去生命的启示。”王立松说。

  登陆火星的最优选择

   ——青藏高原地衣

  “从欧航局那次不算成功的实验看,我觉得还是‘败’在了材料选择上。最适合做太空实验,甚至登陆火星的地衣,可能是生长在青藏高原上的品种。”王立松说。

  青藏高原,平均海拔超过4000米,被称为“地球第三极”。在那,高寒缺氧、植被稀疏、气候恶劣,但即便身处那样的极端环境,地衣依然烂漫生长:一片树皮、一块岩石、一寸土壤,每个不同的生境下,都有五彩缤纷的地衣类群。

  青藏高原有大量冰川。随着气候变暖,冰川退缩,留下了裸露的岩石。在这些岩石表面,最先出现,且肉眼可见的生物,就是地衣,特别是“丽石黄衣”和“微孢衣”。

  王立松指着实验室一块岩石材料告诉我,这块石头就来自青藏高原,上面有三个地衣物种,“这是丽石黄衣,在冰川末端和高海拔地区最常见,橘黄色、放射状,在远处就能一眼辨识。这是微孢衣,因其孢子微小而众多,故得名。这是地图衣,黄绿色的地衣体,中间黑色的纹路由菌丝构成,这个物种每年以小于0.2毫米的速率生长,因此,我们可以通过测量它的直径去判断岩石的年龄,可用于测年。”

  王立松对于青藏高原的地衣物种如数家珍,对地衣的生存本领叹服不已。他参加了我国第一次和第二次大规模青藏高原科考,40年来一直在调查我国的地衣资源“家底”。科考时,他总是最早上山,最晚下山的那位,在海拔五千米的山头一待就是几天。

  “地衣能在青藏高原这样极端的环境中生存,自有它的智慧。”王立松说。

  青藏高原地区的紫外线可达最强等级——5级。瑞士科学家曾在《自然》杂志发表研究成果称,高剂量紫外线照射,会使植物生殖细胞发生基因变异,这意味着紫外线对植物基因的损害有可能遗传给下一代,长此以往,会导致植物物种不稳定。

  但对于如此高强度的紫外线“杀伤力”,地衣却并不害怕。比如丽石黄衣,它表面鲜艳的橘色,是所含的一种蒽醌类化合物,这种色素存在于地衣的上表面,可以为地衣吸收多余的紫外线,就像给自己涂了一层“防晒霜”。再比如微孢衣,它会在自己的上皮层中产生色素,同样能抵御强紫外线“侵扰”,就像给自己打了一把“遮阳伞”。

  “因此,青藏高原的地衣通常五颜六色,十分艳丽,其实都是为了抗衡强辐射。这可是地衣适应极端环境的标志性进化表现。”王立松说。

  对于在青藏高原生存必需的水,地衣又怎么汲取呢?王欣宇说:“这跟地衣在南极汲水方式接近,它能从升华的冰雪中获取水分,并且能在冻结的状态下进行光合作用。”

  此外,在青藏高原,随着海拔的升高,生境的改变,地衣的多样性也会变化。绝大多数地衣对空气污染的敏感度高于其他高等植物,被认为是做环境监测的最佳生物材料。

  目前,我国的登陆火星计划已进入倒计时。王立松希望,在未来,青藏高原的地衣能有机会到火星一游。

  “不吃、不喝、抗寒、抗热、抗干、抗辐射,还有什么生物能比地衣更适合上太空?”王立松坚信,如果人类未来有移居火星计划,肯定会考虑把地衣带上去,做“急先锋”,让它去开疆拓土,适应火星的环境,分化火星的岩石,创造最原始的土壤,制造出氧气,为其他生物创造生存条件。

  “地衣的强大,常让我自叹不如。渺小和宏大总需辩证看待,在自然面前,人类真不可妄自尊大。”这是王立松品出的地衣“哲学”。“并不是所有生物都能像温室里的花草一样,享受安逸。为了在恶劣的环境中求生,地衣进化出了别的物种不曾拥有,也无法想象的忍耐力,诠释了‘适者生存’的法则。”

  地衣还能带给我们更多的惊喜,等着看吧。(记者岳冉冉)

责任编辑:杨金光
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