南极苔藓:千年等一回

被冰封一千五百多年之后的植物还能再发芽吗?英国南极调查局和雷丁大学的研究者们会告诉你,南极的一种齿藓(Chorisodontium aciphyllum)真的能做到。他们的这项研究日前发表在《当代生物学》上,这进一步表明了南极永冻层下苔藓库的潜力。果壳网就此对文章的通讯作者皮特·康维(Peter Convey)进行了专访。

研究者们在南极海洋气候区的西格尼岛永冻层钻取了苔藓泥炭核样本,并进行了分析。 “(地点)选择是出于可行性的考虑,因为西格尼岛的植被及其普通生物学特征从上世纪50年代就有人研究,所以我们对此很了解,”在被问及选择该地点的原因时,康维教授告诉果壳网,“这里的植被虽然比南极的标准要旺盛,但确实很典型,是目前所了解的南极海洋气候区(即南极半岛和它附近关联的岛和群岛)的代表。它的植被类型非常类似于,比方说,中国长城站附近的乔治王岛。”

取泥炭核样本

研究人员在西格尼岛钻取泥炭核样本

研究小组在这片区域地下足有三米多苔藓库中钻取了1.5米左右进行研究。样本中的永冻层呈现深棕色至黑色,其中不乏藓类的纵向连续分布,而齿藓(C. aciphyllum)的配子体是其中唯一好辨认的。此外,他们在121至138厘米深处也找到了某种叶苔(Cephaloziella sp.)。

随后,他们取了部分样本带回了雷丁大学进行进一步研究。“我们基本没做什么处理,只是把带苔藓的泥炭核解了冻,然后分成两半,把暴露出的新鲜表面放在干净密封的培养盒中,并在标准植物培养箱中培养。每隔几天(我们)会向它洒些蒸馏水,确保它们不会干透,但除此之外什么都没做,”康维教授说。他表示,进行这项研究的部分动机只是好奇心:一块苔藓在确实被永冻层包住之后能生存并保持活力多久呢?

惊喜出现了:解冻的样本在一两个月之间居然纷纷展现出生命迹象——沉睡的茎和假根开始再度发芽,重现绿色。研究人员取了110厘米深处新芽附近的植物体进行了碳14测定,在校准后得出它的“年龄”在1533岁至1697岁之间!这项研究“最重要的一点在于,这是目前为止最久远的证据,说明多细胞生物(即动物或植物)能够复苏。先前有完整记录的复苏,在这条件下存活的最长时间不过二十年左右。”康维教授评论。

齿藓

在解冻后22天时,位于样本121至138厘米深处的齿藓(C. aciphyllum)棕黑色的假根就长出了绿色丝状体并发芽,它的“年龄”早已超过1530岁。

藓类植物是极地和高山地区的主要植被之一,作为生产者对整个生态系统举足轻重。它们没有维管束组织,也没有明显的器官的分化;由于块头小,结构简单,它们比较擅长在短期严酷的环境中存活。“我们确实知道苔藓中的某些种类有非常发达的抗逆特性,即它们能在例如寒冷和缺水的环境压力下存活,就像它们在短期和季节性(如过冬)中经受的逆境一样,”康维对果壳网说:“对我而言,最有可能的是这些苔藓可能只打算靠‘隐生(cryptobiosis)’的策略存活数十年。”当被问及这些植物依旧有活力的原因时,他说道:“但当时它们被困在了这儿的永冻层里,这让它们陷入了很长很长的深度冰冻。”

藓类的生命周期

藓类的生命周期由胞子世代和配子世代交替完成。

类似地,极地的许多植物、无脊椎动物都有类似的隐生现象,能够通过改变自己的生理代谢水平以在严寒中生存。然而先前虽有报道一些微生物能在永冻层中休眠数千年,但对藓类而言,这么大的时间跨度实属首次——在大部分涉及极地藓类“解冻”后重见天日的研究中,人们普遍报告或预设它们已经死了。而事实证明,出于藓类抗逆的生理和冰层下稳定的低温环境,这些植物完全有潜力存活更久。

这项研究不仅说明了藓类植物的巨大存活能力,而且还暗示了它们更为巨大的潜力——例如在间冰期末期永冻层形成时得到保存,并安然沉睡过整个冰川期。这也许是陆地生物群落中主要类群的一种全新的避难存活机制。

“1500年前(南极)和现在一样出于间冰期,因此那时的南极可能和现在非常像——主要的差别其实是近来这片区域的快速变暖,虽说其影响主要只发生在最近50年,但已和这里的冰的加速消退难逃关系,”康维透露,“我们有几个相关的项目,一则希望从核中的这些藓类材料里找到能暗示当时气候特征的气候代用指标,并据此重建它们被冰封前的气候状况,二则检测样本中苔藓的遗传信息(与现生的相比)是否有变化,从而确定我们是否能从中获得进化过程的证据,估算这些藓类的进化速率。”

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