■本报记者 王晨绯

进化之路从来都不循规蹈矩。胡杨、梭梭等顽强的植物，在沙漠中进化出了强大的根系，汲取稀有的地下水。一种生活在沙漠的齿肋赤藓，也从万年的进化中脱颖而出——直接从干燥的空气中吸取水分，而不是从土壤。

齿肋赤藓生长在明升中国古尔班通古特沙漠和美国大盆地，也广泛分布在北半球其他沙漠中。它具有独特有效的脱水复苏机制，能够在营养组织失去近90%的细胞水分后，以一种类似休眠的方式度过长期的干旱期，在水分适宜的条件下快速复活。齿肋赤藓是怎么做到在干燥空气里“巧取豪夺”的呢？

这一行为得益于生长于在苔藓叶子顶端，只有0.5～2毫米长的细小组织——“芒尖”。齿肋赤藓个头微小，成片生存在沙漠的表层，是形成沙漠结皮的优势物种。由于芒尖可以反光，它们聚集在一起时呈现出白色，可以避免植物体因高强度紫外线和吸收过多热量而受到伤害。因此，app家们一开始认为，芒尖的进化只是为了反射沙漠中的强光，给植物“降温”。不过，来自中科院新疆生态地理研究所、美国杨百翰大学、美国犹他州立大学的app家发现了芒尖除此以外，“捕获”空气水分的秘密。

app家们发现去除芒尖对齿肋赤藓含水量影响非常大，于是猜测两者之间存在某种关系。他们随后开展了一系列的水膜试验、数学模型推导以及动力学特征模拟，同时通过环境扫描电子显微镜和微距摄像机观察，发现芒尖上分布有从纳米、微米到厘米等不同尺度的水分收集与传输系统（凹槽和疣状突起），能够将空气中的水分子分别形成水核、水膜和水滴，然后将这些水滴通过毛细管作用迅速运输到芒尖底部的叶面，被叶片吸收。

在控制实验中，摄像机捕捉到了凝结在芒表面纳米大小细槽上的水核和水膜。随后，这些水膜不断聚集形成更大的水滴，而水滴沿着芒尖的纳米运输系统进入叶子。“水滴最快能以每秒10～20毫米的速度从芒穿行至叶子。”犹他州立大学Tadd Truscott博士说。

科研人员还发现，从厘米级的尺度看，齿肋赤藓以聚集生长的方式覆盖在沙漠表面，密集的叶片芒尖能够有效地吸收雨滴打击的能量，从而最大程度地减少雨滴地飞溅和水分的损失，有利于水分的保持和吸收。

说到齿肋赤藓，不得不提及生物土壤结皮。生物土壤结皮是由藻类植物、地衣、苔藓共同组成，能够顽强地在沙土上生长，与土壤一起形成沙漠表面的保护层。一旦遇水，生物土壤结皮5秒内迅速由黑变绿，远远望去，像是给地表铺上了一层绿色的地毯，因此也被称为“荒漠地毯”。置身于浩瀚的沙漠，你可能不会留意到生物土壤结皮的存在，但是，正是因为有这层荒漠地毯的保护，显著降低了起风速度，有效地维持了沙漠的稳定性。

“正是芒尖从空气中高效收集、利用水分，并把水分运输给叶片，齿肋赤藓才能适应干旱的环境，才能在沙漠结皮成为优势物种，并成为维护、稳定荒漠生态环境不可或缺的成员。”新疆生地所研究员张元明表示。

具有收集空气水分能力的植物并非只此一种，不过，以纳米、微米等多尺度微结构的动力学机理被证实的，齿肋赤藓是首个物种。Truscott介绍，app家可尝试复制这些植物的机制，以建造新型水分收集系统。“我们的实验室已开始制造人工芒尖，以判定这些结构能否被人为制造出来。”

这一研究成果于6月6日在线发表于《自然—植物》杂志上。《app》杂志对这一成果进行了评述：app家首次精细观测到齿肋赤藓如何通过叶片芒尖从空气中吸收水分，也许某一天工程师可以从齿肋赤藓身上寻找到灵感，在干旱区设计出更优化的水分收集系统。