莫哈韦地藓无惧死亡射线——生命能否在遥远系外行星繁衍生息

发表于6月12日《天体生物学》的新研究证实，在莫哈韦沙漠发现的地衣能在曾被视为致命的太阳辐射水平下存活3个月。常见地衣物种Clavascidium lacinulatum虽受到损伤，但仍能恢复并自我复制。该结果表明，在暴露于强烈太阳辐射的行星上可能存在光合生命。

"这项研究源于一个奇特现象，"沙漠研究所微生物学副教授兼研究共同第一作者孙亨利表示。"我在沙漠中行走时注意到，这里的地衣并非绿色而是黑色。它们具有光合作用且含有叶绿素，按理应呈绿色。因此我思考'它们携带的色素是什么？'最终发现该色素堪称全球最佳防晒剂。"

地球生命已进化出抵御太阳辐射（即UVA与UVB射线）的能力，这两种射线属于较长波长的紫外线辐射。而波长更短、破坏性更强的UVC射线被地球大气层过滤，无法到达地表。实际上，UVC辐射对生命具有极强杀伤力，故被用于空气、水体及物体表面的病毒细菌灭菌。即使短暂暴露于UVC辐射，也会破坏生物体DNA并阻断其繁殖能力。

科学家由此思考：近年发现的类地行星是否可能孕育生命？其中许多行星围绕发射强烈UVC辐射的M型和F型恒星运行，尤其在恒星耀斑爆发期间。

"随着能观测极深太空的詹姆斯·韦伯太空望远镜发射，科研焦点已从火星生命搜寻转向系外行星，"孙亨利指出。"我们讨论的是具有液态水和大气的行星。"

孙亨利与其当时的研究生特金德·辛格在拉斯维加斯住所附近的莫哈韦沙漠采集地衣样本。随后在受控实验室环境中将其置于UVC灯旁持续照射3个月。令人惊讶的是，重新湿润后地衣中半数藻类细胞仍具活性并能自我复制。

"微生物要在行星上持续存在，其生存周期必须超过一天，"孙亨利强调。"因此实验需具备生态学意义的时长。我们不仅要验证活性，更要证实其生存能力。"

为探究其化学机制，孙亨利与内华达大学里诺分校化学家合作。两项实验证明，地衣酸相当于自然界中赋予塑料抗紫外线能力的添加剂。

通过切割地衣保护层横截面，研究团队发现表层颜色更深，类似人类晒黑的皮肤。地衣由藻类或蓝细菌与真菌共生构成；当藻细胞脱离真菌及保护层时，同等UVC辐射可在1分钟内杀死细胞。

孙亨利指出，地衣进化出抵御UVC的保护层令人意外，因其生存本不需此功能。地衣出现时地球大气已过滤UVC射线，故该保护层实为其卓越UVA/UVB防护能力的附加效益。

强太阳辐射的部分损伤源于大气化学反应，尤其是氧气、一氧化氮与紫外线相互作用产生臭氧的过程。为测试不同大气条件下的防护效果，研究者将地衣置于无氧箱内接受UVC照射，发现辐射损伤进一步降低。

"我们得出结论：地衣表层——不足半毫米厚的'皮肤'——确保下层细胞免受辐射侵害。该层作为光稳定剂，甚至能保护细胞免受辐射引发的有害化学反应（包括活性氧）影响。"

该研究为地球外及太阳系外行星的可居住性提供了证据。研究人员写道："事实上，这些行星可能遍布群落微生物，它们如同莫哈韦沙漠的地衣般呈'晒黑色'，几乎对UVC胁迫免疫。"

"这项工作揭示了生命在最严苛条件下的非凡韧性，印证了生命一旦萌发便竭力延续的本质，"与孙亨利共同领导研究、现就职于NASA戈达德太空飞行中心的特金德·辛格表示。"通过探索这些极限，我们逐步逼近对地球家园之外可能存在生命之处的认知。"

研究作者包括：特金德·辛格（沙漠研究所）、克里斯托斯·乔治乌（帕特雷大学）、克里斯托弗·杰弗里（内华达大学里诺分校）、马修·J·塔克（内华达大学里诺分校）、凯西·S·菲尔宾（内华达大学里诺分校）、坦齐尔·马哈茂德（内华达大学里诺分校）、克里斯托弗·P·麦凯（NASA艾姆斯研究中心）、孙亨利（沙漠研究所）