在一簇叶状配子体的顶端中央，可以看到一个红棕色的孢子体。这个孢蒴内部含有大量孢子。像这样的成熟孢子体被单独采集，并作为样本用于在国际空间站（ISS）暴露设施上进行的太空暴露实验。图片来源：Tomomichi Fujita
苔藓以其能在挑战大多数生命的地方生存而闻名，包括喜马拉雅山峰、死亡谷的灼热沙漠、南极苔原以及活火山的冷却表面。它们卓越的耐久性促使研究人员在更严酷的环境中测试苔藓的孢子体——即容纳孢子的生殖结构：外太空。根据11月20日发表在《iScience》期刊上的一项研究，超过80%的孢子在国际空间站（ISS）外度过了9个月并返回地球后，仍然能够繁殖。这标志着首次有证据表明，一种早期陆地植物能够长期暴露在太空条件下并存活下来。
“包括人类在内的大多数生物，在太空真空中即使短暂停留也无法生存，”论文第一作者、北海道大学的富田知径（Tomomichi Fujita）说。“然而，这些苔藓孢子在直接暴露九个月后仍保持了活力。这提供了一个惊人的证据，表明在地球上演化出的生命，在细胞层面上拥有内在机制来承受太空条件。”
富田在研究植物进化时，开始探索“太空苔藓”的可能性。他对苔藓能够在地球上最严酷的环境中定居的能力印象深刻。“我开始好奇：这种微小但异常坚韧的植物是否也能在太空中生存？”
为了研究这个问题，富田的团队将小立碗藓（Physcomitrium patens）暴露在模拟太空环境中，该环境具有强烈的紫外线辐射、极高和极低的温度以及类真空条件。
研究人员比较了三种苔藓形态：原丝体（幼年苔藓）、芽胞细胞（应激诱导的干细胞）和孢子体（包裹孢子的结构）。他们旨在确定哪种结构最有可能在太空中持久生存。
“我们预计，包括真空、宇宙辐射、极端温度波动和微重力在内的太空综合压力，将比任何单一压力造成更大的损害，”富田说。
他们的实验表明，紫外线辐射构成了最大的威胁，而孢子体的表现明显优于其他结构。幼年苔藓无法在强紫外线暴露或极端温度下存活。芽胞细胞表现较好，但仍然不足。相比之下，被包裹的孢子显示出约1000倍的紫外线耐受性，甚至在承受-196°C超过一周或55°C整整一个月后，仍然能够萌发。
研究团队得出结论，每个孢子周围的结构很可能吸收了有害的紫外线，并提供了物理和化学屏蔽。他们认为，这种保护性特征可能帮助了包括苔藓在内的古代苔藓植物群，在大约5亿年前从水中迁移到陆地，并在多次大规模灭绝事件中幸存下来。
为了确定这种适应性在真实的太空中是否有效，研究人员将孢子体送入了轨道。
2022年3月，数百个孢子体搭乘天鹅座NG-17（Cygnus NG-17）飞船前往国际空间站（ISS）。抵达后，宇航员将样本安装在空间站外部，使其暴露在太空中长达283天。这些样本后来于2023年1月通过SpaceX CRS-16任务返回地球，并被带回实验室进行分析。
“我们预计存活率几乎为零，但结果恰恰相反：大多数孢子都存活了下来，”富田说。“我们确实对这些微小植物细胞的非凡耐久性感到震惊。”
超过80%的孢子经受住了整个旅程，而这些幸存者中除11%外，其余都在实验室中成功萌发。叶绿素测量显示，几乎所有色素的水平都正常，只有对光敏感的化合物叶绿素a下降了20%。尽管有此减少，孢子仍然保持健康。
“这项研究展示了起源于地球的生命所具有的惊人韧性，”富田说。
该团队还利用他们的数据建立了一个数学模型，以估算孢子在类似条件下可能持续多久。他们的计算表明，潜在的生存期限可能长达5600天，或约15年，尽管他们强调需要更多数据才能得出确切结论。
研究人员希望这些发现能支持未来关于外星土壤如何维持植物生命的研究，并鼓励在开发外星环境农业系统中利用苔藓的努力。
“最终，我们希望这项工作能为在月球和火星等外星环境中构建生态系统开辟一个新领域，”富田说。“我希望我们的苔藓研究能成为一个起点。”
这项工作得到了DX奖学金北海道大学、JSPS科研费以及自然科学研究机构天体生物学中心的支持。
