不可貌相的「荒漠地毯」

本文節選自《知識就是力量》雜誌

都說沙漠是「死亡谷」，該區域生態環境惡劣，具有地溫高、溫差大、多風多塵、日照強、溫度低等特點。特有的環境使我們認為這裡應該沒有多少生物存在，但如果5月中旬前往新疆準噶爾盆地的古爾班通古特沙漠，你會覺得就彷彿置身於茫茫草原之中。

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為什麼會有這種感覺呢？

作為中國最大的固定和半固定沙漠，古爾班通古特沙漠分布有多種植物類群，包括小喬木、灌木、短命和類短命植物等，其中短命植物在這個季節盛開著五顏六色的花朵，十分漂亮。此外，你可能不會留意到沙漠地表生物土壤結皮的存在，因為從外觀看，它是那麼不起眼。但是，正是因為有了它的存在，才使得古爾班通古特沙漠披上了一層「地毯」，讓沙漠不易起沙，從而有效維持了該沙漠地表的穩定性。

▲生物土壤結皮形成的「荒漠地毯」（供圖/張靜）

究竟什麼是生物土壤結皮呢？

原來，它是由細菌、真菌、藍綠藻、地衣和苔蘚植物等孢子植物類群與土壤形成的有機複合體。根據優勢生物組分，可以將生物土壤結皮分為微生物結皮、藻結皮、地衣結皮和苔蘚結皮。微生物結皮中的細菌、真菌、藻類是肉眼難以分辨的，只能藉助顯微鏡放大後才能觀察到；而地衣、苔蘚則肉眼可見。理論上，生物土壤結皮的形成過程遵循從簡單到複雜、從低等到高等的規律，其形成過程通常分為4個階段：前藻結皮階段、藻結皮階段、地衣結皮階段和苔蘚結皮階段。當環境條件適宜時，生物土壤結皮也可以不經歷其中某個階段而直接發育到更高級的階段。

▲組成生物土壤結皮的優勢藻類（供圖/張丙昌）

「荒漠地毯」最神奇之處在於它會魔術秀，能夠「變色」。這是因為組成生物土壤結皮的苔蘚植物是一類變水植物，對外界水分變化響應十分敏感。由於沙漠長期乾旱少雨，苔蘚植物往往處於休眠狀態，呈黑褐色，一旦有可利用的水分時就能夠迅速吸水呈現綠色。科學家對這一特殊的「變色」過程進行了深入研究，發現這類荒漠蘚類植物在失水高達98%時也不會因缺水而死亡，有水時可立刻復活，復活時間只需要短短的5秒鐘。因此，荒漠蘚類植物這一神奇本領可用「干而不死（98%），死而復生（5s）」 這8個字形象地概括。

我們都知道，植物一般都是利用根來獲取水分的，而蘚類植物不具有真正的根，只有起支撐和附著作用的假根，那麼，它是如何快速吸收水分的呢？

通過對比實驗，科學家發現荒漠蘚類齒肋赤蘚（Syntrichia caninervis）葉片頂端具有白色的毛尖，不但可以反射強光，降低表面溫度，而且還能夠吸收空氣中的水分。也就是說，荒漠蘚類植物吸水不用「根」，而是通過它的毛尖「自上而下」吸水。這一觀點突破了以往荒漠植物「由下而上」吸收水分的傳統認識，為人類在乾旱區設計仿生集水器提供了思路和理論基礎。

▲形態矮小的齒肋赤蘚（供圖/潘釗）

通過更進一步地研究，科學家發現荒漠蘚類植物體內具有「開關」基因，在失水和復水等過程中起著關鍵作用。此外，荒漠蘚類之所以能夠在如此惡劣的沙漠生境中生存，必然有它自身的強大本領。研究發現，荒漠蘚類植物體內具有豐富的抗逆基因資源，使其具有抗旱、抗寒、耐高溫和耐貧瘠等抗逆特性。

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