你可能聽說過紫外線傷膚，但其實，我們每天在地球上所接觸到的紫外線，只是陽光紫外線中殺傷力較溫和的一種。真正致命的，是被臭氧層擋在大氣之外的短波紫外線——UVC。它能迅速破壞DNA和蛋白質結構，在醫(yī)院里常被用來消毒工具和空氣。

地衣可耐受UVC的照射示意圖（圖片來源：作者使用AI生成）

科學家曾一度認為，如果一個星球缺乏類似地球的臭氧層，像UVC這樣強烈的輻射就會讓生命望而卻步。于是，火星、系外行星上的生命設想似乎變得遙不可及。然而，一項剛剛發(fā)表的研究，顛覆了這一假設。一種生活在莫哈維沙漠地表的微小地衣，在長達三個月、強度遠超火星日照的UVC照射下，依然頑強存活，并且恢復了光合作用。

三個月高劑量UVC照射，它為什么沒死？

2020年，沙漠生態(tài)學家亨利在美國莫哈維沙漠進行野外工作時，注意到地面上覆蓋著一層黑褐色的地衣。這種地衣名為 Clavascidium lacinulatum，是一種真菌與藻類共生體，外觀深色、貼地而生，常見于干旱環(huán)境。黑色外殼引起了他的好奇——它是否具備某種特殊的防曬功能？

地衣（圖片來源：參考文獻[1]）

回到實驗室后，研究團隊展開了一個極具挑戰(zhàn)性的實驗。他們用一臺專門定制的紫外線燈，對這種地衣進行終極考驗，連續(xù)三個月，全天候照射254納米波長、55瓦/平方米強度的UVC。這種強度比火星地表可能遭遇的紫外輻射還高20倍。作為對照，團隊還用同樣的設置暴露了兩種“耐受性強”的微生物。一種是與地衣共生的藻類以色列蟻藻（Myrmecia israelensis），另一種是廣為人知的輻射之王——極端抗輻射細菌（Deinococcus radiodurans）。

結果震驚所有人：后兩者在一分鐘內全部死亡，而這株地衣竟然撐過了整整三個月！雖然藻類細胞的活性有所下降，但仍有超過一半存活。更重要的是，這些存活下來的細胞還能在培養(yǎng)皿中長出新的綠色群落，意味著它們不僅沒有被殺死，還保留了繁殖能力。

Myrmecia israelensis和Deinococcus radiodurans在一分鐘內全部死亡（圖片來源：參考文獻[1]）

研究人員進一步測試了地衣的光合作用能力。他們使用熒光儀監(jiān)測藻類的量子產率（Quantum Yield），發(fā)現即便在高強度UVC照射后，藻類仍能在24小時內部分恢復光合效率。相比之下，那些失去真菌保護的純藻類樣本，在一分鐘內就徹底失活，不再具備恢復可能。

地衣的“防曬衣”是什么？

地衣是自然界中真菌與藻類精妙合作的典范。在這個共生體系中，真菌構建起整個地衣的立體架構，它用致密的上皮層為內部的藻類伙伴撐起“防曬服”，阻擋強烈光照和干燥侵襲。用疏松多孔的髓層打造“海綿儲水系統”，既儲存寶貴水分又保證氣體交換。真菌還伸出特殊的附著結構，將整個共生體牢牢固定在基質上。而藻類則通過光合作用源源不斷地為這個微型生態(tài)系統輸送能量。正是這種各司其職又相互依存的完美配合，讓地衣成為地球上最頑強的生命形式之一，從炎熱的沙漠到寒冷的極地都能找到它們的身影。科學家們發(fā)現，地衣之所以能在UVC輻射下存活，關鍵在于一層由真菌構成的厚實外殼，里面沉積了大量特殊的次級代謝物，也就是俗稱的“地衣酸”。

這些化合物的組成并不簡單。通過液相色譜-質譜聯用技術，研究團隊檢測出其中一類芳香族代謝物的分子式為 C??H??N?O?，并且其在254納米處有明顯吸收峰——恰好對應實驗中使用的UVC波長。也就是說，這些化合物就像紫外線捕手，能在光線進入細胞前就將其吸收、中和，從而保護底層的藻類不受損傷。

地衣防曬的一類芳香族代謝物的吸收峰（圖片來源：參考文獻[1]）

這種機制非常類似塑料工業(yè)中的抗紫外添加劑，許多耐光材料也是通過在表面摻雜光穩(wěn)定劑來避免老化。不同的是，地衣這一機制是天然演化的產物，而且效果甚至更佳，實測顯示，地衣表皮能完全阻斷UVC輻射，光度計在其下方的讀數為零，相比之下，即便是1毫米厚的藻類團塊，也只能擋下約7%的UVC。

這種對UVC的高耐受性并非專門為此而進化?？茖W家推測，地衣酸最初演化出來，是為了應對干旱環(huán)境中的氧化脅迫。當地衣脫水時，細胞內的抗氧化酶無法工作，因此只能依賴這些非酶類抗氧化物質守住底線。也正是這種功能轉移，讓它們意外獲得了超強的抗紫外能力。

總結

沙漠里的地衣提醒我們，生命的韌性往往超出想象。它憑借真菌構筑的“防曬服“與化學“防曬霜”，在三個月的致命 UVC 轟擊下依舊存活、恢復光合作用。對地球而言，這意味著即使臭氧層遭受重創(chuàng)，某些生物或許仍能堅守；對火星和系外行星而言，它讓那里會不會有生命這一問題，首次獲得了實驗證據級的樂觀答案。

未來，我們也許能把這種天然防護策略轉化為新型抗輻射材料，或用作太空園藝的先驅物種。

參考文獻：

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[4] de La Torre, Rosa, et al. "Survival of lichens and bacteria exposed to outer space conditions–results of the Lithopanspermia experiments." Icarus 208.2 (2010): 735-748.

作者丨Denovo科普團隊（褚宏偉博士 湖南師范大學碩士生導師；楊超博士）

審核丨邵文亞 福建醫(yī)科大學副教授

來源: 科普中國創(chuàng)作培育計劃

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