现存最古老的植物已经适应了极端情况并受到气候变化的威胁
稀有的苔藓塔卡基亚(Takakia)已经适应了高海拔地区的生活数百万年。由弗莱堡大学的Ralf Reski教授和中国首都师范大学的Yikun He教授领导的一个国际研究小组现已确切地发现了它是如何发展出抵御霜冻和危及生命的高紫外线的能力的辐射。在著名的《细胞》杂志上，他们描述了保护苔藓免受极端环境条件影响的遗传特征。与此同时，他们记录了气候变化如何在短短几年内极大地改变了这种高度特化物种的自然栖息地。
Takakia属仅包含两个物种。它们仅存在于青藏高原，这里是“世界屋脊”，也是生物多样性的热点地区。该研究的两位第一作者之一李学东教授于 2005 年在海拔 4 千米以上发现了Takakia lepidozioides种群。此后，该团队开始在山区和野外对Takakia进行研究。实验室工作了十多年。例如，该研究的另一位第一作者胡若阳博士，在研究期间已到现场二十余次。“在这个海拔高度工作很困难。高原反应是一个问题，有时我们的仪器也会出现故障”，李解释道。“不过，我还是喜欢在这样的环境中工作。在那里你真正了解保护环境的重要性”，胡说。
在青藏高原，塔卡基亚一年中有八个月被雪埋没，否则就会暴露在高强度的紫外线辐射下。为了在那里生存，生物需要特殊的适应。对于Takakia来说，这些苔藓在过去 6500 万年里不断进化：从那时起，地球的这个区域才因大陆漂移而抬升，使苔藓的栖息地变得越来越极端。“这些地质时间记录帮助我们追踪塔卡基亚人对高海拔生活的逐渐适应。基因组”，在弗莱堡大学及其 CIBSS 卓越集群进行研究的 Reski 解释道。在当前的研究中，他的团队研究了哪些生物信号通路可以保护苔藓细胞免受冷冻和诱变紫外线辐射等影响。
Takakia是现存最古老的陆地植物
这种只有几毫米大小的苔藓引起了研究人员的特别兴趣，因为它的系统隶属关系长期以来一直不清楚，因为它结合了绿藻、苔藓和苔藓的特征。“我们现在已经能够证明Takakia是一种苔藓，在 3.9 亿年前，即第一批陆地植物出现后不久，就与其他苔藓分开了。我们惊讶地发现Takakia在正向选择下拥有已知数量最多的快速进化基因”，He 说。
活化石
另一个令人惊讶的是，塔卡基亚的特殊形状已经在内蒙古1.65亿年前的化石中被发现。这些化石因此为生物学家提供了另一个宝贵的时间参考，因为它们表明影响形态的遗传变化是在1.65亿年前在非常不同的环境条件下进化而来的。这些特性之一是信号分子生长素的一种非典型的植物操作模式，它控制植物的生长和发育。“尽管Takakia基因组进化得如此之快，但其形态在 1.65 亿年多的时间里没有发生明显的变化。这让高崎真正的活化石。未改变的形状和快速变化的基因组之间的明显对比对进化生物学家来说是一个科学挑战，”雷斯基描述道。
改变代谢过程可防止紫外线辐射
另一方面，根据目前的研究，影响应激信号处理和某些代谢过程调节的遗传特征更为年轻，并且是在青藏高原隆起之后才出现的。研究人员能够重建它们在过去 5000 万年内逐渐出现的过程，并展示它们如何保护苔藓细胞免受有害环境的影响。“例如，塔卡基亚调节其新陈代谢以积累黄酮类化合物和不饱和脂肪酸等分子，从而防止有害的紫外线辐射和自由基”，他解释道。“我们在基因组中看到，调节 DNA 修复、光合作用和抗氧化应激机制的信号分子受到特别强烈的正向选择，并且在过去的几百万年里发生了巨大的变化。”
气候变化可能会结束3.9 亿年后塔卡基亚的进化
虽然塔卡基亚已经有数百万年的时间来适应气温下降和辐射强度增加，但它的栖息地现在正在几十年内发生变化：自 2010 年开始测量以来，研究人员发现那里的平均气温每年上升近半摄氏度。与此同时，样本点附近的冰川每年后退近50米。与其他物种相比，高度专业化的苔藓对这种温度升高的应对能力较差。在研究期间，塔卡基亚的数量明显减少，而其他植物物种则受益于变暖。研究人员担心，这种趋势可能会持续下去。“我们的研究表明Takakia 的价值正在追踪陆地植物的进化。我们发现人口下降令人恐惧”，他说。胡指出：“幸运的是，知道这种植物面临灭绝的威胁也让我们有机会保护它，例如在实验室中种植它。” “塔卡基亚见证了恐龙的来来去去。它看到了我们人类的到来。现在我们可以从这种微小的苔藓中了解一些关于恢复力和灭绝的知识”，雷斯基总结道。
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