耐逆境的植物——齿肋赤藓

在动物界中，有一种动物既耐寒耐旱，又耐辐射，它就是水熊虫。而在植物界，有一种植物与水熊虫具有相同的特性，它就是齿肋赤藓。

2024年7月6日，由中国科学院新疆生态与地理研究所的张道远、张元明研究员带领的研究团队，在第三次对古尔班通古特沙漠进行综合科学考察期间发现了一种堪称“逆境植物”之王的植物——齿肋赤藓。

齿肋赤藓是藓类植物的一种，是全球分布的荒漠苔藓，集中分布在我国新疆古尔班通古特沙漠、腾格里沙漠，以及美国莫哈维沙漠。齿肋赤藓植株矮小，密集丛生，茎直立，叶片呈披针形，先端渐尖，叶边缘具有齿状结构，叶片细胞小而密集，细胞壁较厚。

齿肋赤藓广泛分布于全球干旱、半干旱地区。在极端干旱、贫瘠、强风沙的自然条件下，它们会聚集地生长在一起，呈休眠状态，远远看起来就像一层深灰色的“壳”覆盖在沙漠表面。

齿肋赤藓具有许多能适应极端环境的特性，主要表现在以下方面。

一是耐极端环境。在第三次古尔班通古特沙漠考察中，中国科学院新疆生态与地理研究所张道远、张元明研究团队聚焦于沙漠极端环境的先锋物种 ——齿肋赤藓。科研团队通过科学实验，首次系统证明齿肋赤藓能耐受自身98%以上的细胞脱水，实现“干而不死”；耐受-196℃超低温速冻，实现“冻而不死”；耐受超过5 000格雷伽马辐射，实现“照而不死”；能够快速实现复苏、变绿并恢复生长，具有非凡的复原力。它能在-80℃下生存30天，在火星模拟条件下仍能存活并再生出新的植株。

二是快速复苏。中国科学院新疆生态与地理研究所研究团队对“干死”12年的齿肋赤藓标本进行复水实验，无论是在黑暗条件下，还是在光照条件下，复水后的齿肋赤藓都能从失水状态的深灰色迅速变成绿色。沙漠中的齿肋赤藓多数时候呈现完全脱水的深灰色休眠状态，一旦遇水就会快速复苏、变绿并恢复生长。

三是结构特殊。齿肋赤藓的叶片重叠，可以减少水分蒸发，叶端白色的芒尖能反射强烈的阳光，芒尖发育特征实现了自上而下的吸水模式。

四是在生理和代谢层面，齿肋赤藓能够在逆境中进入选择性代谢休眠状态，保留关键代谢产物，如蔗糖和麦芽糖等，还能积累高水平的抗氧化酶来使自身免受损伤，在逆境解除后可迅速提供恢复所需的能量。

因为具有适应极端环境特性的能力，齿肋赤藓成为未来火星绿化和生态系统建设的理想候选植物，可以为人类探索太空，打造宜居星球提供灵感。

火星大气稀薄，空气密度只有地球的1%左右，主要成分是二氧化碳，难以形成有效的温室效应，导致大气既寒冷又干燥；火星的温度和气压较低，平均表面温度低至-55℃、大气压仅为地球的0.8%左右，导致人类在没有防护的情况下会产生寒冷和膨胀感；火星大气中的氧气含量极低，人类无法直接呼吸火星的空气；火星辐射强，缺少浓厚层的有效保护，表面辐射水平较高，对生物可能产生危害。一直以来，火星是最受关注的适合人类居住的第二家园，对火星的探索有助于人类更深入地了解行星的形成、演化，探寻宇宙的奥秘。

齿肋赤藓具有“干而不死”“冻而不死”“照而不死”的超级抗逆特性，具备了在火星生存的能力，所以让齿肋赤藓进驻火星对火星探索具有重要意义。一是助力火星生态系统建设，齿肋赤藓是沙漠极端环境的先锋物种，可通过保水固沙、促进碳氮循环、改善土壤肥力等方式改善土壤和大气环境，利于其他荒漠环境的定居和存活；二是提供地外研究方向，基于齿肋赤藓的极端耐受性，科研人员后续将进一步开展地外星球航空器搭载实验，实时监测微重力和多种电离辐射逆境下齿肋赤藓的生存响应及适应能力，并解析其生理及分子基础，探寻关键的生命耐受调控密码，为未来齿肋赤藓向外太空拓植应用奠定基础，也为超级抗逆植物创制和仿生新材料研发提供新的思路。

目前，齿肋赤藓还没有真正在火星上种植，相关的研究仍在进行，但它在模拟火星环境的实验中已经展现出来在火星上存活的潜力及其对太空探索的重要价值。