地衣：未來火星拓荒者

鐘秋怡

《天體生物與空間科學研究》近日發表了一篇論文：《火星生命：鷹坑里的“蘑菇”在進行光合作用》，公布了美國“機遇號”火星探測器在火星“鷹坑”地區執行任務時拍攝的一組照片。

照片顯示，一片巖層處長著數千個蘑菇狀物體，它們不但會隨著時間的推移明顯長大，還有集體趨光性。排除特殊地質構造的可能性，文章認為，這一“生物”很可能是一種石生地衣——羊角淡盤衣。如果這一發現被證實，將為火星生命的存在提供有力證據。

地衣，是真菌與藻類之間互惠共生的特殊低等生物，由真菌和藻細胞構成。藻細胞通過光合作用為真菌提供養分，而菌絲又為藻細胞提供水分、無機鹽及保護措施，這樣“互惠共生”的特性，使得地衣不需要從基物獲取營養，就能夠在裸露的巖石表面自由生長。

地衣的出現，僅晚于最早出現在海洋里的藻類。地衣在6億年前最早登上陸地，并對陸生環境進行了一次徹頭徹尾的改造，之后陸地上才出現了苔蘚、蕨類、孢子植物等。因此，地衣又被稱為“先鋒生物”和地球陸地“拓荒者”。

歐洲航天局曾多次將不同品種的地衣帶上太空，發現它們能在外太空環境下存活一定時間。如果未來想將火星改造成適宜人類居住的星球，地衣可能是最理想的拓荒者。

在最惡劣的環境中生存

從兩極到赤道，從高山到沙漠中心，地球陸地上的每一個角落幾乎都有地衣的身影，它們可以在巖石、土壤、樹皮甚至玻璃等人造基質上生長。

比起常見的真菌和植物，大多數地衣很小，通常不高于1厘米。不過，地衣的壽命很長，通常能存活幾百年、幾千年，甚至萬年。大部分地衣生活在人跡罕至的地方，如熱帶雨林的林冠層和南北極的巖石表面，這意味著地衣對陸地環境有著強大的適應能力。

事實上，地衣通體都是對抗惡劣環境的“武裝”。地衣的上皮層往往含有蒽醌類和地衣酸類化合物，可以抵抗高輻射。地衣的下皮層可分泌地衣酸類的化合物，對巖石等基物進行風化，創造適合自己生活的“土壤”。此外，地衣還能產生大量的抗凍蛋白來抵御低溫和寒冷。由于地衣的皮層是由排列緊密或疏松的菌絲形成的，不像種子植物那樣具有表皮和角質層，所以即使是在干旱的荒漠，地衣也能像海綿一樣迅速吸收空氣中的水分。總之，地衣具有耐寒、耐旱、耐輻射、耐貧瘠的特性，可以在最惡劣的環境中生存。

盡管少為人知，但地衣已經在地球上生活了很長時間。2005年，中國古生物學家和美國古植物學家在分布于貴州省甕安地區的甕安生物群發現了一塊6億年前的地衣化石，這說明至少在6億年前，真菌和藻類就形成了共生關系，并從海洋登上了陸地，對地表巖石圈進行改造。這比苔蘚、蕨類、種子植物等維管植物早了整整兩億年。

目前，全球約有2萬種地衣，其中中國分布有約3000種。然而，科學家估計，中國至少有92%的地衣物種還沒有被發現。考慮到中國的地衣研究起步較晚，加上中國復雜多樣的生態環境和極其豐富的生物多樣性，可以預見，還有數量龐大的地衣物種有待發現。

“地球太危險”，我要去火星

在電影《少林足球》中，周星馳有一句經典臺詞：“地球太危險了，你還是回火星去吧。”這在當年聽來，只是無厘頭的笑話。但隨著對火星的了解越來越多，人們開始思考移居火星的可能性。

盡管科學家已經確定了火星上有液態水存在，但火星的環境對于人類來說還是十分惡劣的。火星的晝夜溫差極大，氧氣稀薄，輻射環境惡劣，人類要實現火星移民，還有很長的路要走。

地衣或許比人類更能適應火星的環境。2005年，歐洲航天局聯合俄羅斯航天局，將兩種來自南極的地衣——地圖衣和麗石黃衣送上太空，把它們完全暴露在開放的宇宙空間中，半個月后由衛星送返地球。這兩種地衣在適宜的環境中待了24小時，就重新恢復了代謝活性。

2007年，科學家又進行了類似的實驗，將三種地衣和藍藻、細菌一同送上太空，暴露在宇宙空間中。10天后返回，僅有地衣存活，它們的子囊孢子還能像種子一樣正常萌發。

由此看來，地衣在火星上正常存活并非天方夜譚。

有人不禁設想，如果將地球上的地衣移植到火星，或許能幫助我們改造火星的環境，制造一個適宜人類生存的新的“藍色星球”。比起植物和其他微生物，將地衣作為移植火星的生物材料確實有許多優勢。

首先，與維管植物相比，地衣主要由真菌和藻類構成，沒有根莖葉的分化，可以在巖石等多種無機的基物上生長。而且，地衣的壽命比絕大多數植物都長，在適宜環境中可存活上萬年。

其次，與細菌、放線菌等微生物相比，地衣肉眼可見，便于運輸和觀察。

最后，一系列實驗表明，地衣是地球上最頑強的生物，它不僅能在宇宙環境中存活，還能承受-60℃～70℃的極端溫度。還有實驗表明，在干燥條件下，地衣可以承受-196℃～100℃的液氮，耐受范圍已經超出了火星表面的溫度范圍（-80℃～30℃）。盡管存在生長緩慢、無法人工培養、對空氣污染和重金屬較敏感等弱點，但地衣仍然是比較理想的火星“拓荒者”。

生在青藏高原

“機遇號”探測到的“疑似”羊角淡盤衣，隸屬地衣中的霜降衣科，淡盤衣屬，主要分布在中國喜馬拉雅山脈一帶，是青藏高原的一個常見物種，在歐洲亦有廣泛分布。

不過，青藏高原的地衣卻因其獨特的“高冷”氣質，令人望而卻步。

青藏高原很“高”，作為世界“第三極”，青藏高原中國境內部分平均海拔為4385.51米，4000米以上的高海拔地區占青藏高原面積的73.11%，包括世界最高峰珠穆朗瑪峰。由于海拔高，青藏高原的空氣稀薄，太陽輻射很強，比同緯度低海拔地區高50%～100%。

青藏高原很“冷”，位于高原西北部的羌塘高原為極寒區，平均氣溫-20℃～-15℃，部分地區低于-25℃。

另外，青藏高原降水不均，有的地方降水豐沛，有的地方非常干旱，其中阿里地區降水量最少，年降水量低于50毫米。

青藏高原特殊的地理環境，對于生物定居和科考工作都是嚴峻的考驗。

盡管條件如此惡劣，地衣學家還是決定“盤它”。地衣學家用了近40年，在青藏高原采集了多達7萬份地衣標本。初步研究發現，青藏高原是中國地衣資源的重要儲存基地。無論是橫斷山脈的原始森林、珠穆朗瑪峰的峭壁懸崖，還是高原北部的廣袤荒漠，都存在著多樣而獨特的地衣物種。

地衣學家還篩選出一些可能適于移植火星的地衣物種。比如分布于海拔4000～4500米的卵石衣，可以抵御輻射和低溫的傷害;又如中國特有的包氏微孢衣，分布于海拔2500～3200米的高山和干旱荒漠，具有耐干旱的特性;還有一種美麗的大型石生地衣紅臍鱗，在青藏高原海拔3500～5000米處廣泛分布，對高海拔生物環境有著很強的適應能力。

要想把這些地衣帶到火星，首先需要進行生理生態學方面的研究，而目前這方面的研究幾乎還是空白。但我們相信，通過一代代人的努力，一定會看到像電影《火星救援》中描繪的那樣，在人類建造的火星基地上，“火星拓荒者”地衣恣意生長，注視著浩瀚星空中另一個遙遠而祥和的藍色星球。

（作者系中科院昆明植物研究所研究員）

（摘自《環球》2020年 第20期）