在人类探索宇宙的宏伟蓝图中，火星一直是我们最为向往的目标之一。然而，这颗红色星球的环境对地球生命而言极其严酷：稀薄的大气、极端的温度变化、强烈的辐射以及缺乏液态水。如何在这样的环境中建立人类栖息地，是科学家们一直在思考的问题。而今，一种来自地球最严酷环境的生命，正为我们开辟一条新的思路——它就是沙漠苔藓齿肋赤藓。
齿肋赤藓（Syntrichia caninervis）是一种常见于荒漠地区的苔藓植物。它广泛分布于全球各地的干旱、高海拔和极地区域，如中国的古尔班通古特沙漠、腾格里沙漠，帕米尔高原以及美国的莫哈韦沙漠等。这种不起眼的小植物，正在为人类探索太空、甚至未来在火星上建立基地提供重要启示。
中国科学院新疆生态与地理研究所张道远研究员团队对齿肋赤藓进行了一系列极限测试，结果令人惊叹：
超强脱水耐受性：即使失去99%以上的细胞水分，它也能在重新吸水后几秒钟内恢复光合作用。在实验中观察到，完全干燥的黑色苔藓体在接触水后仅2秒就恢复了绿色，20秒内就恢复了80%以上的含水量，2分钟内就完全恢复了光合作用能力。这种"起死回生"的能力，使得齿肋赤藓能够在长期干旱的环境中存活。
卓越的耐冻能力：在-80℃冷冻5年或液氮（-196℃）中保存1个月后仍能存活再生。这一特性不仅展示了齿肋赤藓对极端低温的适应能力。值得注意的是，即使在完全水化状态下（含水量100%），它仍然表现出了相当的耐冻性，尽管存活率和再生能力略低于干燥状态。
惊人的抗辐射能力：可耐受高达5000戈瑞的伽马射线照射，这是普通植物承受极限的5倍以上，抗辐射能力与受人关注的缓步动物（俗称"水熊虫"）相当。
多重极端环境耐受性：能在模拟的火星环境（低温、95%CO2低氧、干燥和强紫外线）下存活7天并恢复生长。这项测试最能说明齿肋赤藓作为火星先锋植物的潜力。在模拟火星环境中，齿肋赤藓不仅能够存活，还能在恢复正常生长条件后重新生长，展现出了令人难以置信的生命力。
那么，齿肋赤藓是如何做到这些的呢？研究人员发现，这种苔藓的惊人能力源于其独特的形态结构、生理生化和分子适应机制：
首先，在形态上，齿肋赤藓进化出了一系列适应极端干旱环境的特征。它的叶片能够在干燥时卷曲，减少水分蒸发的表面积。叶尖的白色芒尖不仅能反射强光，还能提高水分利用效率。这些特征使得齿肋赤藓能够在极端干旱和强光照的环境中生存。
其次，在生理生化层面，齿肋赤藓也有独特的适应机制。在压力条件下，它会进入一种选择性的代谢休眠状态，战略性地保存关键代谢物。例如，在极端压力条件下，齿肋赤藓会维持高水平的蔗糖和麦芽糖，这些糖类不仅作为渗透调节剂和保护剂帮助维持细胞结构，还为极端压力解除后的快速恢复提供能量。此外，齿肋赤藓还具有强大的活性氧清除能力，通过积累高水平的过氧化氢酶、谷胱甘肽S-转移酶和过氧化物酶来应对压力。
在分子水平上，齿肋赤藓的多重压力耐受性涉及复杂的调控机制。研究发现，与压力相关的晚期胚胎发生丰富蛋白（LEA）基因和过氧化氢酶基因的扩增，以及编码光保护早期光诱导蛋白（ELIPs）的基因的串联重复，都是齿肋赤藓极端环境的重要分子基础。在极端压力条件下，这些调控机制还涉及与光合作用、蛋白质稳定、抗氧化防御和细胞修复等关键过程相关的基因和蛋白质的精准调节。
齿肋赤藓的这些特性使其成为未来火星移民的理想先锋植物。它不仅能适应火星恶劣的环境条件，还能通过光合作用产生氧气，固定碳，改善土壤，为其他生物创造生存条件。在地球上，齿肋赤藓就是生物土壤结皮的重要组成部分，在荒漠生态系统中发挥着至关重要的作用。它们能够稳定沙土表面，增强土壤保水能力，并通过生物固氮为贫瘠的沙漠土壤提供营养。这些特性使得齿肋赤藓成为改造火星环境的理想候选者。
此外，齿肋赤藓的基因也可能被用来培育抗逆性更强的作物。通过基因工程技术，我们可能会开发出能够在极端环境下生长的新型作物，不仅可以应对地球上日益严峻的环境变化，还可以为未来的星际移民提供食物来源。
虽然人类在火星上建立自给自足的栖息地还有很长的路要走，但齿肋赤藓的研究为我们开辟了一条新的思路。未来，这种小小的植物可能真的会被带到火星或月球上进行实地测试，为人类的星际移民事业贡献一份力量。随着中国“天问一号”等火星探测任务的成功，相信在不久的将来，我们就能看到齿肋赤藓在红色星球上生长的身影，为人类移民火星铺平道路。
齿肋赤藓的研究不仅对星际探索具有重要意义，对地球上的环境保护和生态修复也有重要启示。在全球气候变化的背景下，了解和利用这些极端环境生物的生存策略，可能为我们应对日益严峻的环境挑战提供新的思路和方法。
齿肋赤藓的故事，正是人类智慧和大自然奇迹的完美结合，诠释了生命的顽强和科学探索的无限可能。
来源：科普中国，本文为科普中国·创作培育计划扶持作品
作者：杨启林 中国科学院新疆生态与地理研究所 博士
审核：王康 北京植物园科普中心主任 教授级高级工程师；顾垒 首都师范大学生命科学学院 副教授
出品：中国科协科普部
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