沙漠苔藓有望在火星“拓荒”，科研人员讲述植物极限生存之路
火星表面平均气温零下55℃，没有水源和氧气，在这样的环境下，是否有植物可以生存？
记者从中国科学院新疆生态与地理研究所（以下简称新疆生地所）获悉，科研人员发现，生长在新疆沙漠里的苔藓——齿肋赤藓能耐受自身98%以上的细胞脱水、零下196℃的超低温速冻，以及5000Gy以上伽马辐照不会死亡。在火星模拟条件下，齿肋赤藓仍能存活并再生出新的植株。这一研究刷新了极端生命体对环境的“耐受”新纪录。
齿肋赤藓是如何被发现的？科研人员将利用它开展哪些研究？新疆生地所研究员李小双向新京报记者讲述了齿肋赤藓的极限生存之路是如何练就的。
20年干而不死，给水后3秒复苏
极端环境生物是生命的奇迹，代表着生命对环境的极限适应能力。为了适应干燥、寒冷、高温、辐射等极端环境，它们演化出了令人惊叹的特殊“本领”，是极其珍贵的战略生物资源。
在新疆沙漠里，不足一厘米高的齿肋赤藓像灰黑色毯子一样盖在沙子上，起到保水固沙、调节碳氮循环等重要的生态功能。大概30年前，研究生态修复、经常在沙漠里跑的新疆生地所研究员张元明发现，这些可以防风固沙的沙漠苔藓生命力非常顽强，在完全失水的状态只要浇上一点水，就会秒变绿色，恢复活力。他将这一神奇植物的特性告诉了张道远研究员，并研究其生态功能，了解其为何可以适应沙漠极端环境。
“这是两代人传承的工作。”李小双说，此后，她和老师张道远对齿肋赤藓进行了20年的研究，探寻其“不死之身”内在的机制。在科幻小说《三体》中，三体人进化出了脱水等类似休眠状态的能力，待到相对温和的时期再浸泡复苏。齿肋赤藓也类似，它们可以在长达20年的干燥条件下“干而不死”，且重新获得水分后3秒内复苏。
除了新疆的古尔班通古特沙漠集中优势分布区外，齿肋赤藓在莫哈维沙漠、青藏高原、极地苔原等都有分布。这些原生境的逆境条件也造就了它们耐寒、抗辐射等多重抗逆性。
经过严谨的科学实验，科研人员发现，齿肋赤藓能耐受自身98%以上的细胞脱水、零下196℃超低温速冻、5000Gy以上伽马辐照而不死。“植物有细胞壁，通常可以耐受100Gy-200Gy的伽马辐照，不会超过1000Gy，这对大多数生物来说是致死的剂量。”李小双说，这些数据是目前所报道植物可耐受特殊环境的极限，刷新了他们对极端生物环境耐受性的认知。
揭示“不死之身”如何练就
齿肋赤藓为何如此“强悍”？科研人员发现，首先，它的形态结构为其适应极端环境提供了优势。它的叶片重叠，可以减少水分蒸发，叶顶端白色的芒尖还能反射强烈的阳光。
此外，芒尖发育出从微米至纳米不同等级的结构适应特征，并完美与水分子形成的物理学过程相匹配，创新性实现了“自上而下”吸水模式，是一种极其高效的从大气中集水-输水的智慧装置。
同时，在生理和代谢层面，齿肋赤藓能够在逆境中进入一种选择性代谢休眠状态，保留关键代谢产物，如蔗糖和麦芽糖，这些物质不仅作为渗透剂保护细胞结构，还能在逆境解除后迅速提供恢复所需的能量。它还具有很强的清除体内氧自由基的能力，通过积累高水平的抗氧化酶来保护自身免受损伤。
研究还发现，在气温零下60℃到20℃、大气中95%的成分为二氧化碳、多种UV（紫外线）辐射的火星模拟条件下，齿肋赤藓扛住了所有挑战，它们可以存活并在恢复适宜环境后能再生出新的植株。这是高等植物在火星模拟条件下存活的首次报道。
它们是沙漠极端环境的“先锋物种”，并通过保水固沙、促进碳氮循环、改善土壤肥力等改善土壤及大气环境，利于其他荒漠植物的定居及存活。“我们相信并期待，在类似火星的环境中，这种极端耐干苔藓也可通过类似自然演替过程‘改造’环境，进行它的星际拓荒之旅。”
了解齿肋赤藓的生存极限及适应策略，可为人类探索外太空、打造宜居星球提供新的可能，并为开拓地外新家园提供理想“利器”。它们还将为超级抗逆植物创制和仿生新材料研发提供新的思路。
“我们找到它们干而不死的基因，用基因进行育种，效果非常好，使很多不抗旱的植物可以抗旱了。”李小双说，未来，科研人员将进一步开展地外星球航空器搭载实验，并实时监测微重力及多种电离辐射逆境下，这种神奇苔藓的生存响应及适应能力，解析其生理及分子基础，探寻关键的生命耐受调控密码。
新京报记者张璐
编辑张牵校对张彦君