科技日報記者 代小佩

在生命科學(xué)研究領(lǐng)域，地衣這一特殊生物復(fù)合體，曾長期處于我國科學(xué)家的認知之外。而中國科學(xué)院院士、著名地衣真菌學(xué)家魏江春經(jīng)過半個多世紀深耕，用智慧和堅持在地衣學(xué)領(lǐng)域取得系列成果。

魏江春是中國地衣學(xué)科的開拓者。從零起步，他建立了亞洲最大的地衣標本室，完成了世界上第一個地衣型真菌全基因組測序及其基本生物學(xué)分析，從中發(fā)現(xiàn)大量抗逆基因和“沉默基因”，并破解其激活機制；他提出“沙漠生物地毯工程”，為治沙提供新路徑。魏江春推動中國地衣學(xué)科完成了從“一人獨行”到“世界領(lǐng)跑”的跨越。

魏江春的科研足跡，勾勒出地衣研究在我國的發(fā)展歷史，更展現(xiàn)出中國科學(xué)家填補學(xué)科空白、勇攀世界高峰的精神力量。

前不久，魏江春接受了科技日報記者專訪。從地衣的本質(zhì)特性到其科學(xué)價值，從個人科研歷程到學(xué)科發(fā)展脈絡(luò)，94歲的他娓娓道來我國地衣學(xué)科發(fā)展的歷程。

白手起家建立亞洲最大地衣標本室

記者：您投身地衣研究已70余年。很多人對“地衣”并不熟悉，能否用通俗的語言介紹一下什么是地衣？它的科學(xué)研究價值體現(xiàn)在哪些方面？

魏江春：地衣是一類特殊的生物復(fù)合體，由真菌與光合生物（如藻類）共生形成。真菌通過菌絲為藻類提供水分、礦物質(zhì)和物理保護，相當于為藻類“搭建房子”；藻類則通過光合作用制造有機物供給真菌，如同為真菌“提供食物”。這種共生關(guān)系讓地衣能在高山、極地、荒漠等極端環(huán)境中生存。

地衣的科學(xué)價值體現(xiàn)在多個維度。

第一，它們是生態(tài)學(xué)上的“開路先鋒”。地衣分泌的地衣酸能分解巖石、促進土壤形成，是裸巖、火山巖等極端環(huán)境中“生態(tài)演替的起點”，為后續(xù)動植物定居奠定基礎(chǔ)。比如極地苔原中，地衣是重要的初級生產(chǎn)者。

第二，它們是環(huán)境監(jiān)測的“天然指示劑”。其種類、分布和生長狀況可反映空氣質(zhì)量。例如，“松蘿”等樹生地衣的消失，常常提示大氣污染嚴重。

第三，它們是生物活性物質(zhì)的“資源庫”，約80%的地衣含獨特次生代謝產(chǎn)物，具有抗菌、抗病毒、抗氧化、抗腫瘤等活性。此外，地衣還是研究生物進化與共生機制的理想模型，其標本對極端環(huán)境適應(yīng)和氣候變化研究也有重要意義。

記者：您曾建立亞洲最大的地衣標本室，能否介紹一下它的規(guī)模和建設(shè)歷程？

魏江春：1958年，我受時任中國科學(xué)院應(yīng)用真菌學(xué)研究所所長戴芳瀾委托，前往蘇聯(lián)學(xué)習(xí)地衣專業(yè)。當時，我國地衣學(xué)科還是一片空白。1962年，我回國到中國科學(xué)院微生物研究所工作。1973年，我們正式建立中國科學(xué)院菌物標本館，那時標本館中的地衣標本室僅有一間房子，房間中僅有三個木柜。經(jīng)過數(shù)十年積累，如今，中國科學(xué)院菌物標本館收藏的地衣標本已超過16萬號，擁有亞洲最大的地衣標本室。這個標本室不僅是我國地衣研究的物質(zhì)基礎(chǔ)，也為國際學(xué)術(shù)交流提供了重要支撐。

記者：在您發(fā)現(xiàn)的眾多地衣標本中，哪一個最令您難忘？背后有怎樣的科研故事？

魏江春：1989年，騰格里沙漠東南沙坡頭地區(qū)治沙站站長給我來信，稱1956年植樹造林治沙的植被蓋度由25%下降至6%，當?shù)厣衬Y(jié)皮蓋度由0%變成90%。他猜測這種數(shù)據(jù)變化與地衣的生長情況有關(guān)。我前往當?shù)乜疾旌蟠_認了這一發(fā)現(xiàn)，并確定產(chǎn)生影響的地衣中，優(yōu)勢品種是石果衣。這個發(fā)現(xiàn)的意義遠超預(yù)期。

我們對石果衣的真菌進行全基因組測序分析時，在從來都不產(chǎn)生次生代謝產(chǎn)物的石果衣真菌全基因組中發(fā)現(xiàn)了“沉默基因”——這在世界上是第一次?！俺聊颉比缤俺了钡馁Y源，不參與次生代謝產(chǎn)物的合成。一百多年來，學(xué)界研究地衣代謝產(chǎn)物時，從未意識到未產(chǎn)生活性物質(zhì)的地衣中還存在這類基因。

我們嘗試通過培養(yǎng)，激活了其中16種“沉默基因”，最終使石果衣產(chǎn)生了17種以上的次生代謝產(chǎn)物，其中多個為新結(jié)構(gòu)。這一突破證明，通過激活“沉默基因”，可以讓不產(chǎn)生和少產(chǎn)生次生代謝產(chǎn)物的地衣釋放大量潛在的天然產(chǎn)物資源。這一發(fā)現(xiàn)為藥物研發(fā)等活動開辟了新路徑。

首次提出“沙漠生物地毯工程”

記者：您提出“沙漠生物地毯工程”的概念，其核心依據(jù)是什么？這一工程對治沙有何意義？

魏江春：核心依據(jù)是我對前述沙坡頭地區(qū)的結(jié)皮生物石果衣進行的研究。我們將石果衣制成粉末懸浮液，在純沙上進行接種實驗。實驗發(fā)現(xiàn)，在1平方米的區(qū)域中，接種石果衣的部分在一年半后形成了結(jié)皮，未接種的部分仍為沙漠。這表明，地衣能在極端干旱環(huán)境中形成穩(wěn)定表層，發(fā)揮防風(fēng)固沙作用。

沙坡頭地區(qū)年降水量僅200毫米，蒸發(fā)量卻達2000毫米，傳統(tǒng)種樹治沙方法可能像“抽水機”一樣消耗地下土壤水分，加劇干旱。而地衣等結(jié)皮生物形成的“生物地毯”能穩(wěn)定沙漠地表，且無需大量消耗地下土壤水分，可以更好地適應(yīng)干旱、鹽堿等極端環(huán)境。因此，“沙漠生物地毯工程”為干旱半干旱地區(qū)的生態(tài)修復(fù)提供了更可持續(xù)的方案。

記者：如何證實“沙漠生物地毯工程”的可行性？地衣的抗逆基因在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域有哪些應(yīng)用？

魏江春：我們通過基因研究進一步驗證了其潛力。石果衣等沙漠地衣含有豐富的抗干旱、抗鹽堿基因，我們選取其中7個基因，與北京林業(yè)大學(xué)合作導(dǎo)入牧草和紫花苜蓿，顯著提升了這些植物的抗逆性；與西北農(nóng)林科技大學(xué)、山東聊城大學(xué)合作，將抗逆基因?qū)胄←?、玉米、水稻，也使作物的抗旱、抗鹽堿能力明顯增強，相關(guān)成果已申請多項專利，在國際上處于領(lǐng)先地位。

這些實踐證明，地衣抗逆基因能有效改良農(nóng)作物和牧草的適應(yīng)性，而“沙漠生物地毯工程”不僅能固沙，還能為極端環(huán)境下的生物修復(fù)提供基因資源支撐。

記者：1958年您赴蘇聯(lián)學(xué)習(xí)時，我國地衣學(xué)科還是空白，如今已實現(xiàn)領(lǐng)跑世界。在實現(xiàn)這一跨越的過程中，我國地衣學(xué)科取得了哪些標志性成就？

魏江春：中國地衣學(xué)科的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段：第一階段是填補空白，從無到有建立研究基礎(chǔ)；第二階段是追趕前沿，縮小與國際前沿水平的差距；第三階段是創(chuàng)新領(lǐng)跑，目前在多個領(lǐng)域已實現(xiàn)世界領(lǐng)先。

例如，我們完成了地衣領(lǐng)域首個全基因組測序，揭示了“沉默基因”的存在及其激活機制，這一成果被期刊《美國科學(xué)院院報》編輯評價為“真正的地衣學(xué)基因水平研究突破”。

此外，在沙漠地衣生態(tài)應(yīng)用、抗逆基因挖掘、地衣標本庫建設(shè)，以及地衣生物學(xué)科教等方面，我國也已擁有一批優(yōu)秀的科研單位和人才，處于國際領(lǐng)先地位，學(xué)科影響力顯著提升。

保障科研人員做到“安鉆迷”

記者：從“一個人的學(xué)科”到形成完整團隊，您在推動中國地衣學(xué)科發(fā)展過程中遇到過哪些困難？

魏江春：初期的困難主要來自物質(zhì)條件和人才的匱乏。我從蘇聯(lián)回國后，很長一段時間是“一個人戰(zhàn)斗”。家人遠在西安，我獨自在北京開展研究，生活十分簡樸。由于長期在食堂吃飯，以至于后來聞到食堂飯菜的味兒就有些反胃。但支撐我堅持到底的，是“讓中國地衣學(xué)科在世界占有一席之地”的信念。

地衣研究在國內(nèi)曾不受重視，獲取經(jīng)費、組建團隊都面臨阻力。比如，早期采集標本需深入荒漠、高山等極端環(huán)境，交通和設(shè)備條件有限，常需徒步跋涉；實驗室建設(shè)也需從零開始，一步步積累儀器和樣本。但這些困難都在“填補空白”的目標驅(qū)動下逐漸被克服。

記者：如今中國地衣學(xué)科隊伍已頗具規(guī)模，能否介紹一下團隊建設(shè)的現(xiàn)狀？

魏江春：從1973年建立地衣標本室開始，團隊逐步壯大。目前全國已有多個地衣科研工作站。27所大專院校開設(shè)地衣專業(yè)，共有38位研究人員和51名正在學(xué)習(xí)的研究生。我培養(yǎng)了37名碩士、20名博士和3名博士后，形成了老中青結(jié)合的研究梯隊。這些人才在科研機構(gòu)和高等院校繼續(xù)深耕地衣分類、生態(tài)、物種、基因等領(lǐng)域，成為學(xué)科發(fā)展的中堅力量。

例如，我指導(dǎo)的博士錢旭從事世界領(lǐng)先的地衣抗逆基因資源創(chuàng)新利用研究，我覺得他在這一研究領(lǐng)域有很大的發(fā)展?jié)摿?。我十分關(guān)心他的事業(yè)發(fā)展，希望他能繼續(xù)深入做這方面研究，取得更大成績。

可以說，中國地衣學(xué)科已從“一人獨行”走向“眾人接力”，研究范圍也從基礎(chǔ)分類拓展到分子生物學(xué)、應(yīng)用技術(shù)等多個方向。

記者：您認為推動地衣學(xué)科人才隊伍建設(shè)，當前最需要解決哪些問題？

魏江春：核心是讓科研人員能做到“安鉆迷”——安心、鉆研、入迷。我認為，科學(xué)家只有不輕易受外界瑣事干擾，才能夠?qū)Ｗ⒀芯?、全身心投入，鉆研科學(xué)到入迷的程度，如此才能出成果。要讓科學(xué)家安心，需要為他們提供穩(wěn)定的科研環(huán)境。

但現(xiàn)在的科研人員很難做到“安鉆迷”，因為他們需要花費大量精力解決實驗室房租、團隊工資等行政事務(wù)方面的問題。要解決這一問題，需理順管理機制，為科研人員“減負”，讓他們能安心投入研究。

【觀點聚焦】

我國地衣學(xué)科已處于領(lǐng)跑地位，錨定2035年建成科技強國的目標，地衣學(xué)科工作者未來應(yīng)持續(xù)創(chuàng)新，特別是年輕一代要接力傳承。

一是深入挖掘地衣抗逆基因的應(yīng)用潛力，比如地衣在核污染環(huán)境中的生存能力。切爾諾貝利核事故后，當?shù)囟鄶?shù)植物無法生長，地衣卻能正常存活。這提示地衣可能含有抗輻射、抗污染的特殊基因。若能深入研究并探索其在醫(yī)學(xué)、環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用，可能會取得重要突破。

二是在基因編輯、合成生物學(xué)等交叉領(lǐng)域拓展地衣研究的邊界，比如探索將地衣抗逆基因應(yīng)用于人體健康等前沿方向。盡管這些設(shè)想尚處探索階段，但只要堅持“創(chuàng)新領(lǐng)跑”，地衣學(xué)科必能為科技強國建設(shè)貢獻獨特力量。

作為老一輩研究者，我堅信年輕人能站在我們的肩膀上，讓中國地衣學(xué)研究在世界舞臺上持續(xù)領(lǐng)先，書寫更多“從0到1”的突破故事。

——魏江春