研究發現黑色地衣可抵御殺傷力超強的短波紫外線

近日，一項發表于《天體生物學》的研究發現，一種名為Clavascidium lacinumlatum的沙漠地衣的內在固有“防曬霜”能夠抵御短波紫外線（UV-C）。盡管這種地衣在漫長的進化史中從未經歷過UV-C照射。

在夏日的海灘或泳池，前來避暑戲水的人都離不開一樣東西，以阻擋紫外線照射，那就是防曬霜。而其所防御的紫外線并不是最厲害的那種。

紫外線根據波長范圍主要分為三類：長波紫外線（UV-A）、中波紫外線（UV-B）和UV-C。其中高劑量的UV-C照射對細胞有極大的破壞性，因此是醫院里常用的消毒劑。

幸運的是，地球臭氧層阻擋了UV-C。因此，科學家質疑在臭氧層稀缺的星球，如火星或遙遠的系外行星，是否有生命生存。

2020年，美國沙漠研究所的天體生物學家Henry Sun在加利福尼亞東南部莫哈維沙漠開展野外工作時，發現了一種近乎黑色的地衣——Clavascidium lacinumlatum生長在炎熱的沙土中。

地衣是一種藻類和真菌共生的復合體，真菌搭建生物體結構，藻類細胞生活其中并進行光合作用以獲取能量。

Sun把Clavascidium lacinumlatum的樣本帶回實驗室，由研究生Tejinder Singh絞干。Singh現在在美國國家航空航天局戈達德航天中心任職。

Singh對地衣進行脫水處理，以阻止其生長，從而掩蓋掉紫外線損傷。然后，他把地衣放在紫外線燈下幾厘米處照射，地衣看起來無恙。于是Singh在網上購買了能找到的功能最強大的UV-C燈，其發出的輻射量是火星上預期輻射量的20倍。當他把地球上最耐輻射的耐輻射奇球菌放在該燈下測試時，不到一分鐘就死亡了。

“我們預計地衣在這盞燈下能堅持幾個小時，最多幾天。但它一直頑強生存著。”Singh說，不過，為了及時完成碩士畢業論文，他還是在3個月后取下了樣本。該樣本可能是有史以來測試UV-C輻射量最高的在生物體。

Singh發現，大約一半地衣里的藻類細胞存活了下來。然后，Singh和Sun研磨后培養部分存活的地衣。結果，大約一半藻類細胞在兩周后長出了新的綠色菌落，表明它們保持著繁殖能力。

不過，該實驗僅適用于完整的地衣樣本。在UV-C燈下，一層厚厚的沒有真菌的藻類細胞會在一分鐘內死亡，意味著真菌的存在不只是保護其他細胞免受輻射這么簡單。

為了進一步確定地衣存活的原因，Sun團隊與美國內華達大學雷諾分校的化學家們合作。這些化學家在地衣中發現了可吸收紫外線的次生代謝產物。地衣以及其他生物會產生一系列這樣的化學物質來對抗環境壓力，如干燥，以及可能危及生命的曬傷等。

但研究人員指出，由于地球臭氧層被認為出現在約5億年前，遠早于第一批地衣進化，因此這些次生代謝產物不可能進化出抵御UV-C的功能。他們認為地衣進化出這些化合物是為了保護自己免受地球大氣影響，因為植物繁殖導致氧氣水平上升。雖然氧氣對大多數生物體的生存至關重要，但它可以形成高反應性分子，破壞DNA和蛋白質，其中一些分子在紫外線與細胞碰撞時也會產生。

但奇怪的是，Clavascidium lacinumlatum并沒有將這些化學物質保留在內部，而是將它們轉移到了外層，從而起防曬霜作用。塑料行業使用同樣的技術，用類似于次生代謝物的化合物使產品抗紫外線。

“這一結果非常令人興奮，生命比我們想象的更有韌性。”美國賓夕法尼亞州立大學的天體生物學家Christopher House說。

地衣長期以來被認為是可以在火星或系外行星生存的生物，理論上這些行星的輻射是地球的5到40倍。國際空間站上的實驗甚至表明，地衣可以在太空中生存并進行光合作用。

但美國楊百翰大學的地衣生物學家Steven Leavitt表示，要記住“生存和恢復力并不等同于長壽和繁殖”。換句話說，地衣可以承受一次強烈的輻射，并不意味著它可以在陌生的外星環境中蓬勃發展數千年。

相關論文信息：https://doi.org/10.1089/ast.2024.0137