莫哈韦地衣可抵抗致命辐射——外星生命是否能在遥远系外行星繁衍生息

发表于6月12日的《天体生物学》杂志上的新研究表明，在莫哈韦沙漠发现的苔藓在先前被认为是致命的太阳辐射水平下存活了3个月。常见苔藓Clavascidium lacinulatum受到了损伤，但能够恢复和复制。结果表明，暴露在强烈太阳辐射下的行星上可能存在光合生命。

"这项研究源于一个好奇的观察，" Henry Sun说，他是DRI微生物学副教授研究员，也是该研究的共同第一作者。"我只是在沙漠中散步，注意到那里生长的苔藓不是绿色的，而是黑色的。它们是光合作用的，含有叶绿素，所以你会认为它们应该是绿色的。于是我想，'它们穿着的色素是什么？' 结果那个色素是世界上最好的防晒霜。"

地球上的生命已经进化到能够承受太阳辐射，称为UVA和UVB射线，这些射线涵盖了较长波长的紫外线辐射。UVC射线代表较短、更具破坏性的波长；这些被地球大气层过滤掉，因此不会到达地面。实际上，UVC辐射对生命如此致命，以至于用于消毒空气、水和表面上的微生物，如病毒和细菌。即使是短暂的暴露于UVC辐射也会损害生物的DNA并阻止其繁殖。

科学家们因此想知道，近年来发现的许多类地行星是否可能藏有生命。许多这样的行星围绕M型和F型恒星旋转，这些恒星发射强烈的UVC辐射，尤其是在太阳耀斑期间。

"在詹姆斯·韦伯太空望远镜发射后，它可以观测到非常遥远的太空，兴奋点从在火星上寻找生命转向了这些系外行星，" Sun说。"我们说的是拥有液态水和大气层的行星。"

Sun和他当时的博士生Tejinder Singh从莫哈韦沙漠收集了苔藓，地点靠近他们在拉斯维加斯的家。然后，他们在受控实验室环境中将其置于UVC灯旁，连续3个月。值得注意的是，当重新加湿时，苔藓中的一半藻类细胞仍然存活并复制。

"为了让微生物在行星上持久存在，它必须存活超过一天，" Sun说。"因此，我们的实验必须足够长，以具有生态意义。我们还希望超越仅仅是活动，展示其生存能力。"

为了探索这在化学上如何可能，Sun与内华达大学里诺分校的化学家合作。他们进行了两个实验，证明了苔藓酸是自然界的等值物，等同于用于使塑料抗紫外线的添加剂。

他们通过切割一个横截面来调查苔藓的保护层，发现顶层较暗，像人类的晒黑。苔藓由藻类或蓝细菌与真菌共生组成；当藻类细胞从真菌和保护层中分离后，暴露于相同的UVC辐射下，细胞在不到一分钟内就被杀死。

Sun说，苔藓进化出这种对UVC辐射的保护层是令人惊讶的，因为这对它们的生存并非必要。在苔藓出现时，地球的大气层已经在过滤掉UVC射线，所以这种保护仅仅是一个额外的好处，得益于它们出色的UVA和UVB保护。

暴露于强烈太阳辐射造成的部分损伤是与大气化学反应的结果，特别是当氧气、一氧化氮和UV辐射相互作用时产生的臭氧。为了测试苔藓在不同大气条件下的保护，研究人员将其置于一个无氧盒中，使用UVC光，发现辐射损伤进一步减少。

"我们得出结论，苔藓的顶层——如果你愿意，可以称之为不到一毫米厚的皮肤——确保了下方所有细胞免受辐射。这一层充当了光稳定剂，甚至保护细胞免受辐射引起的有害化学反应，包括活性氧。"

该研究证明，地球之外的行星，甚至太阳系之外的行星，可能是可居住的。事实上，"它们可能充满了群体微生物，这些微生物就像莫哈韦沙漠的苔藓一样，被'晒黑'，并且几乎对UVC压力免疫，" 研究人员写道。

"这项工作揭示了在最恶劣条件下生命的非凡韧性，提醒我们，生命一旦激发，就会努力持久，" Tejinder Singh说，他与Sun共同领导了这项研究，现在在美国宇航局戈达德太空飞行中心。"在探索这些极限时，我们更接近了解在我们称之为家园的这个行星之外，生命可能存在于何处。"

研究作者包括：Tejinder Singh (DRI), Christos Georgiou (U. of Patras), Christopher Jeffrey (UNR), Matthew J. Tucker (UNR), Casey S. Philbin (UNR), Tanzil Mahmud (UNR), Christopher P. McKay (NASA Ames), and Henry J. Sun (DRI)