聰明的荒漠苔蘚：捕獲空氣水分

進化之路從來都不循規蹈矩。胡楊、梭梭等頑強的植物，在沙漠中進化出了強大的根系，汲取稀有的地下水。一種生活在沙漠的齒肋赤蘚，也從萬年的進化中脫穎而出——直接從干燥的空氣中吸取水分，而不是從土壤。

齒肋赤蘚生長在中國古爾班通古特沙漠和美國大盆地，也廣泛分布在北半球其他沙漠中。它具有獨特有效的脫水復蘇機制，能夠在營養組織失去近90%的細胞水分后，以一種類似休眠的方式度過長期的干旱期，在水分適宜的條件下快速復活。齒肋赤蘚是怎么做到在干燥空氣里“巧取豪奪”的呢？

這一行為得益于生長于在苔蘚葉子頂端，只有0.5～2毫米長的細小組織——“芒尖”。齒肋赤蘚個頭微小，成片生存在沙漠的表層，是形成沙漠結皮的優勢物種。由于芒尖可以反光，它們聚集在一起時呈現出白色，可以避免植物體因高強度紫外線和吸收過多熱量而受到傷害。因此，科學家們一開始認為，芒尖的進化只是為了反射沙漠中的強光，給植物“降溫”。不過，來自中科院新疆生態地理研究所、美國楊百翰大學、美國猶他州立大學的科學家發現了芒尖除此以外，“捕獲”空氣水分的秘密。

科學家們發現去除芒尖對齒肋赤蘚含水量影響非常大，于是猜測兩者之間存在某種關系。他們隨后開展了一系列的水膜試驗、數學模型推導以及動力學特征模擬，同時通過環境掃描電子顯微鏡和微距攝像機觀察，發現芒尖上分布有從納米、微米到厘米等不同尺度的水分收集與傳輸系統（凹槽和疣狀突起），能夠將空氣中的水分子分別形成水核、水膜和水滴，然后將這些水滴通過毛細管作用迅速運輸到芒尖底部的葉面，被葉片吸收。

在控制實驗中，攝像機捕捉到了凝結在芒表面納米大小細槽上的水核和水膜。隨后，這些水膜不斷聚集形成更大的水滴，而水滴沿著芒尖的納米運輸系統進入葉子。“水滴最快能以每秒10～20毫米的速度從芒穿行至葉子。”猶他州立大學Tadd Truscott博士說。

科研人員還發現，從厘米級的尺度看，齒肋赤蘚以聚集生長的方式覆蓋在沙漠表面，密集的葉片芒尖能夠有效地吸收雨滴打擊的能量，從而最大程度地減少雨滴地飛濺和水分的損失，有利于水分的保持和吸收。

說到齒肋赤蘚，不得不提及生物土壤結皮。生物土壤結皮是由藻類植物、地衣、苔蘚共同組成，能夠頑強地在沙土上生長，與土壤一起形成沙漠表面的保護層。一旦遇水，生物土壤結皮5秒內迅速由黑變綠，遠遠望去，像是給地表鋪上了一層綠色的地毯，因此也被稱為“荒漠地毯”。置身于浩瀚的沙漠，你可能不會留意到生物土壤結皮的存在，但是，正是因為有這層荒漠地毯的保護，顯著降低了起風速度，有效地維持了沙漠的穩定性。

“正是芒尖從空氣中高效收集、利用水分，并把水分運輸給葉片，齒肋赤蘚才能適應干旱的環境，才能在沙漠結皮成為優勢物種，并成為維護、穩定荒漠生態環境不可或缺的成員。”新疆生地所研究員張元明表示。