UV-C光几乎能杀死所有生物——除了这种不寻常的生物。内置防晒功能可能成为在太空中生存的关键。
如果您曾在海滩或游泳池被晒伤，那么您对太阳用紫外线轰击地球的现象并不陌生。然而，令海滩游客纷纷涂抹防晒霜的紫外线，甚至还不是太阳对我们最恶劣的“礼物”。幸运的是，地球的臭氧层阻挡了太阳最短波长的辐射，即UV-C。这种辐射在高剂量下对细胞的损害极大，以至于它成为医院首选的消毒工具。
事实上，UV-C的杀伤力如此强大，以至于科学家们质疑在没有臭氧层的世界中，例如火星或遥远的系外行星，生命是否能够存活。然而，本月发表在《天体生物学》（Astrobiology）上的一项研究表明，一种耐寒的地衣——由藻类和真菌组成的杂交生物——可能已经通过内置的“防晒霜”破解了UV-C的威胁，尽管在其漫长的进化历程中从未接触过这些射线。
“结果非常令人振奋，因为生命比我们想象的更具韧性，”宾夕法尼亚州立大学（Pennsylvania State University）的天体生物学家克里斯托弗·豪斯（Christopher House）表示，他并未参与这项研究。“这是一项高质量的工作。”
这项研究的起源出于好奇。2020年，内华达州高等教育系统非营利性研究中心沙漠研究所的天体生物学家亨利·孙（Henry Sun）在莫哈韦沙漠进行实地考察时，发现炎热的沙漠土壤上生长着近乎黑色的地衣。地衣是一种复合生命形式，由真菌和藻类共生组成，真菌提供结构支撑，而藻类细胞则生活在真菌组织中，通过光合作用获取能量。孙假设地衣的深色覆盖了通常由叶绿体引起的绿色色调，这可能与它在阳光强烈的沙漠中生存的方式有关。
他将这种常见于沙漠的地衣物种Clavascidium lacinulatum带回实验室。在那里，现在在美国宇航局戈达德太空飞行中心工作的研究生Tejinder Singh对地衣进行了处理。首先，Singh对地衣进行脱水，以确保它不会在实验过程中重新生长，掩盖任何紫外线损伤。然后，他将地衣置于紫外线灯下几厘米处，用辐射对其进行“喷砂”。地衣看起来依然完好。
于是，Singh购买了他在网上能找到的最强大的UV-C灯，其辐射量是火星上预期数量的20倍。当他在地球上最抗辐射的生命形式Deinococcus radiodurans细菌上测试时，细菌在不到一分钟内就死亡了。“我们预计地衣能坚持几小时或最多几天，”Singh说。“但它们却一直存活下来。”
3个月后（可能是有史以来对生物体进行的最高UV-C辐射量测试），Singh提取了样本，以便及时完成他的硕士论文。大约一半的地衣藻类细胞存活了下来。随后，当Singh和Sun研磨并培养部分幸存的地衣时，大约一半的藻类细胞在2周后萌发了新的绿色菌落，表明其保持了繁殖能力。
有趣的是，该实验仅适用于完整的地衣样本；在没有真菌的保护下，厚厚的藻类细胞层在UV-C照射下一分钟内就死亡了，这意味着顶部细胞不仅仅是保护其他细胞免受辐射。
为了确定地衣存活的原因，Sun的团队邀请了内华达大学里诺分校的化学家参与研究。他们在地衣中发现了名为次生代谢物的紫外线吸收化合物。地衣和其他生物会产生各种此类化学物质来应对压力源，如干燥和可能致命的晒伤。然而，研究人员得出结论，由于臭氧层被认为在大约5亿年前形成，远早于第一批地衣的进化，这些次生代谢物不可能进化为抵御UV-C的防御机制。相反，他们假设地衣进化出这些化合物是为了保护自己免受地球自身大气层的影响，因为植物的繁殖导致氧气含量上升。尽管氧气对大多数生物体的生存至关重要，但它可以形成高反应性分子，破坏DNA和蛋白质，当紫外线与我们的细胞碰撞时，也会产生一些破坏性分子。
令人惊奇的是，研究小组发现，这些化学物质并未仅停留在地衣内部，而是被输送到地衣的外层——有效地起到了防晒霜的作用。Sun表示，塑料行业也采用了类似技术，使产品具有抗紫外线能力，其化合物与次生代谢物中的化合物相似。
“从根本上说，我们对次生代谢物的作用知之甚少，”杨百翰大学（Brigham Young University）的生物学家兼地衣馆长史蒂文·莱维特（Steven Leavitt）说，他未参与这项研究。但莱维特认为，这种化学物质的多种用途确实可能是“这种地衣能够存活的令人震惊的严酷程度”的原因。
这种耐寒性不仅仅是地球上的福音。长期以来，地衣一直被认为是可以承受火星或系外行星上极端环境的生物，理论上它们受到的辐射是地球的5到40倍。一些实验，例如在国际空间站上的实验，甚至表明地衣可以在太空中继续生存并进行光合作用。
但莱维特提醒道：“生存和韧性并不等同于成功、长寿和繁殖。换句话说，仅仅因为地衣可以承受一次强烈的辐射，并不意味着它可以在数千年不熟悉的外星条件下繁荣发展。”
相反，研究人员可以将此类实验视为对臭氧层侵蚀情况下未来地球环境的模拟测试，科罗拉多大学博尔德分校（University of Colorado Boulder）的植物学家和地衣学家艾琳·曼齐托-特里普（Erin Manzitto-Tripp）表示，她未参与这项工作。
尽管如此，这些抗紫外线地衣似乎至少解决了任何可能在太空中测试甚至在那里进化的生物体的生存挑战。豪斯说，当考虑其他受UV-C辐射的行星上的生命时，这项研究“将问题从‘这个地方适合居住吗？’转变为‘是的，它是宜居的，但如何居住呢？’”
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