莫哈韦地藓无惧死亡射线——外星生命能在遥远系外行星茁壮成长吗

发表于《天体生物学》6月12日刊的新研究证实，在莫哈韦沙漠发现的地衣能在曾被认为致命的太阳辐射水平下存活3个月。常见的地衣物种裂片盾衣（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研究员、研究主要作者之一孙亨利解释道。"我在沙漠行走时注意到，生长在那里的地衣并非绿色而是黑色。它们进行光合作用且含有叶绿素，本应是绿色的。因此我思考'它们携带的色素是什么？'结果发现这种色素堪称全球最佳防晒剂。"

地球生命已进化出抵御被称为UVA和UVB射线的太阳辐射能力，这些属于较长波长的紫外线辐射。UVC射线波长更短、破坏性更强；它们被地球大气层过滤，因此无法抵达地表。事实上，UVC辐射对生命具有致命性，故被用于净化空气、水体及物体表面的病毒和细菌等微生物。即使短暂暴露于UVC辐射下，也会破坏生物体的DNA并阻止其繁殖。

科学家由此思考，近年发现的众多类地行星是否可能孕育生命。其中许多行星围绕会释放强烈UVC辐射的M型和F型恒星运行，在恒星耀斑期间尤为剧烈。

"随着能观测极深太空的詹姆斯·韦伯太空望远镜升空，人们的关注点已从火星生命转向系外行星，"孙亨利表示，"我们讨论的是拥有液态水和大气层的行星。"

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灯下持续照射3个月。令人惊叹的是，重新湿润后地衣中半数的藻类细胞仍能存活并复制。

"微生物要在行星上持续存在，其存活时间必须超过一天，"孙亨利强调，"因此我们的实验周期需具有生态学意义。我们不仅要验证其活性，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的化学家合作。他们通过两项实验证明，地衣酸相当于自然界中用于制造抗紫外线塑料的添加剂。

研究人员通过横截面切片检测地衣保护层，发现表层颜色更深，类似人类的晒黑现象。地衣由藻类或蓝藻与真菌共生构成；当藻细胞脱离真菌及保护层后，暴露于同等UVC辐射下不到一分钟即死亡。

孙亨利指出，地衣进化出抵御UVC辐射的保护层令人惊讶，因其生存本不需要此特性。地衣出现时地球大气已过滤UVC射线，这种防护只是其卓越UVA/UVB防护能力的额外红利。

强太阳辐射的部分损伤源于大气化学反应，特别是氧气、一氧化氮与紫外线相互作用产生的臭氧。为测试不同大气条件下的防护效果，研究人员将地衣置于无氧箱中接受UVC照射，发现辐射损伤进一步降低。

"我们得出结论：地衣的表层——不足半毫米厚的'皮肤'——确保下方所有细胞免受辐射。这层结构充当光稳定剂，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）的影响。"

该研究为地外行星及太阳系外行星的可居住性提供了证据。研究人员在论文中写道："这些行星可能遍布群落微生物，如同莫哈韦沙漠的地衣般'晒黑'，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，提醒我们生命一旦诞生就会奋力延续，"现就职于美国宇航局戈达德太空飞行中心、与孙亨利共同领导该研究的特金德·辛格表示。"通过探索这些极限，我们正逐步理解这颗名为家园的星球之外可能存在生命的疆域。"

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）、坦齐勒·马哈茂德（内华达大学里诺分校）、克里斯托弗·P·麦凯（美国宇航局艾姆斯研究中心）、孙亨利（沙漠研究所）