南極苔蘚:千年等一回,破冰重生時

2020-11-24 果殼網

被冰封一千五百多年之後的植物還能再發芽嗎？英國南極調查局和雷丁大學的研究者們會告訴你，南極的一種針葉離齒蘚（Chorisodontium aciphyllum）真的能做到。他們的這項研究日前發表在《當代生物學》上，這進一步表明了南極永凍層下苔蘚庫的潛力。果殼網就此對文章的通訊作者皮特·康維（Peter Convey）進行了專訪。

研究者們在南極海洋氣候區的西格尼島永凍層鑽取了苔蘚泥炭核樣本，並進行了分析。 「（地點）選擇是出於可行性的考慮，因為西格尼島的植被及其普通生物學特徵從上世紀50年代就有人研究，所以我們對此很了解，」在被問及選擇該地點的原因時，康維教授告訴果殼網，「這裡的植被雖然比南極的標準要旺盛，但確實很典型，是目前所了解的南極海洋氣候區（即南極半島和它附近關聯的島和群島）的代表。它的植被類型非常類似於，比方說，中國長城站附近的喬治王島。」

研究人員在西格尼島鑽取泥炭核樣本。圖片來源：P. Boelen

研究小組在這片區域地下足有三米多苔蘚庫中鑽取了1.5米左右進行研究。樣本中的永凍層呈現深棕色至黑色，其中不乏蘚類的縱向連續分布，而針葉離齒蘚（C. aciphyllum）的配子體是其中唯一好辨認的。此外，他們在121至138釐米深處也找到了某種擬大萼苔屬（Cephaloziella sp.）的植物。

隨後，他們取了部分樣本帶回了雷丁大學進行進一步研究。「我們基本沒做什麼處理，只是把帶苔蘚的泥炭核解了凍，然後分成兩半，把暴露出的新鮮表面放在乾淨密封的培養盒中，並在標準植物培養箱中培養。每隔幾天（我們）會向它灑些蒸餾水，確保它們不會幹透，但除此之外什麼都沒做，」康維教授說。他表示，進行這項研究的部分動機只是好奇心：一塊苔蘚在確實被永凍層包住之後能生存並保持活力多久呢？

驚喜出現了：解凍的樣本在一兩個月之間居然紛紛展現出生命跡象——沉睡的莖和假根開始再度發芽，重現綠色。研究人員取了110釐米深處新芽附近的植物體進行了碳14測定，在校準後得出它的「年齡」在1533歲至1697歲之間！這項研究「最重要的一點在於，這是目前為止最久遠的證據，說明多細胞生物（即動物或植物）能夠復甦。先前有完整記錄的復甦，在這條件下存活的最長時間不過二十年左右。」康維教授評論。

在解凍後22天時，位於樣本121至138釐米深處的針葉離齒蘚（C. aciphyllum）棕黑色的假根就長出了綠色絲狀體並發芽，它的「年齡」早已超過1530歲。圖片來源：Esme Roads et al., 2014, Current Biology 24(6)

蘚類植物是極地和高山地區的主要植被之一，作為生產者對整個生態系統舉足輕重。它們沒有維管束組織，也沒有明顯的器官的分化；由於塊頭小，結構簡單，它們比較擅長在短期嚴酷的環境中存活。「我們確實知道苔蘚中的某些種類有非常發達的抗逆特性，即它們能在例如寒冷和缺水的環境壓力下存活，就像它們在短期和季節性（如過冬）中經受的逆境一樣，」康維對果殼網說：「對我而言，最有可能的是這些苔蘚可能只打算靠『隱生（cryptobiosis）』的策略存活數十年。」當被問及這些植物依舊有活力的原因時，他說道：「但當時它們被困在了這兒的永凍層裡，這讓它們陷入了很長很長的深度冰凍。」

蘚類的生命周期由胞子世代和配子世代交替完成。圖片來自：exploringnature.com

類似地，極地的許多植物、無脊椎動物都有類似的隱生現象，能夠通過改變自己的生理代謝水平以在嚴寒中生存。然而先前雖有報導一些微生物能在永凍層中休眠數千年，但對蘚類而言，這麼大的時間跨度實屬首次——在大部分涉及極地蘚類「解凍」後重見天日的研究中，人們普遍報告或預設它們已經死了。而事實證明，出於蘚類抗逆的生理和冰層下穩定的低溫環境，這些植物完全有潛力存活更久。

這項研究不僅說明了蘚類植物的巨大存活能力，而且還暗示了它們更為巨大的潛力——例如在間冰期末期永凍層形成時得到保存，並安然沉睡過整個冰川期。這也許是陸地生物群落中主要類群的一種全新的避難存活機制。

「1500年前（南極）和現在一樣出於間冰期，因此那時的南極可能和現在非常像——主要的差別其實是近來這片區域的快速變暖，雖說其影響主要只發生在最近50年，但已和這裡的冰的加速消退難逃關係，」康維透露，「我們有幾個相關的項目，一則希望從核中的這些蘚類材料裡找到能暗示當時氣候特徵的氣候代用指標，並據此重建它們被冰封前的氣候狀況，二則檢測樣本中苔蘚的遺傳信息（與現生的相比）是否有變化，從而確定我們是否能從中獲得進化過程的證據，估算這些蘚類的進化速率。」

信息來源：EurekAlert!

文章題圖：P. Boelen

 

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