莫哈韦沙漠地衣在持续数月的致死性UVC辐射下仍能存活的现象,揭示了其独特的紫外线防护机制及其对地外生命研究的深远意义。研究表明,这种地衣通过复杂的生化策略构建了多层防护体系:
1. **紫外线屏蔽代谢物的合成**
地衣及其共生伙伴(真菌和藻类)能产生多种紫外线过滤化合物,包括缩酚酮类(如扁枝衣酸)、缩酚酸类(如黑茶渍素)、双黄酮类(如塞卡隆酸)以及肌孢素等。这些化合物通过吸收或散射特定波段的紫外线(如UVB和UVA),形成类似"生物防晒层"的结构。值得注意的是,尽管地球大气已屏蔽UVC(λ
2025年6月12日发表于《天体生物学》的新研究证明,莫哈韦沙漠中发现的地衣(Clavascidium lacinulatum)在持续暴露于此前认为致命的太阳辐射水平下仍存活了三个月。尽管受到损伤,这种常见地衣仍能恢复并复制。结果表明,光合生命可能在暴露于强烈太阳辐射的行星上存在。
该研究主要作者、沙漠研究所微生物学副教授孙亨利解释:“研究源于一个奇特现象——沙漠中的地衣并非绿色而是黑色。它们含有叶绿素并进行光合作用,黑色素实则为天然高效防晒剂,能吸收并消散紫外线能量。”研究团队通过切割地衣横截面发现,其表层深色保护层(厚度不足1毫米)通过化学稳定机制屏蔽下方细胞免受辐射损伤,包括活性氧的破坏作用。
实验中,研究人员将地衣置于实验室UVC灯下连续照射三个月(模拟系外行星高强度辐射环境),发现超过半数藻类细胞在复水后仍保持活性。这表明地衣具备生态级的耐辐射能力,而不仅是短期存活。值得注意的是,单独的藻细胞脱离真菌保护层后,UVC暴露不足1分钟即死亡,突显了真菌-藻类共生体系的重要性。
化学分析显示,地衣通过酚类化合物(如地衣酸)和类菌孢素氨基酸(MAAs)等多功能分子构建紫外线屏障,这与塑料抗紫外添加剂原理相似。这些化合物不仅能屏蔽UVA/UVB,甚至对地球大气已过滤的UVC也具备防御能力,暗示其可能是早期陆地生命适应强辐射环境的进化遗迹。
研究还发现,在无氧环境中地衣辐射损伤进一步减轻,可能与减少紫外线诱导的光化学反应(如臭氧生成)有关。这为评估低氧或无氧系外行星的潜在适居性提供了新视角。
随着詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)的部署,研究人员认为此类耐辐射生物可作为寻找外星光合生命的参考模型。JWST的近红外光谱仪(NIRSpec)和NIRCam的高灵敏度成像能力,将能探测系外行星大气中类似地衣防护色素的生物标志物。
该发现不仅拓展了地球极端生物的生存极限认知,也为天体生物学筛选标准提供了新方向:行星若存在类似地衣的群居微生物,其“晒黑”特性可能使其在强紫外线环境中广泛分布。