科技日?qǐng)?bào)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(zhǎng)期處于我國(guó)科學(xué)家的認(rèn)知之外。而中國(guó)科學(xué)院院士、著名地衣真菌學(xué)家魏江春經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)深耕，用智慧和堅(jiān)持在地衣學(xué)領(lǐng)域取得系列成果。

魏江春是中國(guó)地衣學(xué)科的開(kāi)拓者。從零起步，他建立了亞洲最大的地衣標(biāo)本室，完成了世界上第一個(gè)地衣型真菌全基因組測(cè)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(jī)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(dòng)中國(guó)地衣學(xué)科完成了從“一人獨(dú)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(guó)的發(fā)展歷史，更展現(xiàn)出中國(guó)科學(xué)家填補(bǔ)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?qǐng)?bào)記者專訪。從地衣的本質(zhì)特性到其科學(xué)價(jià)值，從個(gè)人科研歷程到學(xué)科發(fā)展脈絡(luò)，94歲的他娓娓道來(lái)我國(guó)地衣學(xué)科發(fā)展的歷程。

白手起家建立亞洲最大地衣標(biāo)本室

記者：您投身地衣研究已70余年。很多人對(duì)“地衣”并不熟悉，能否用通俗的語(yǔ)言介紹一下什么是地衣？它的科學(xué)研究?jī)r(jià)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(guò)菌絲為藻類提供水分、礦物質(zhì)和物理保護(hù)，相當(dāng)于為藻類“搭建房子”；藻類則通過(guò)光合作用制造有機(jī)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(jià)值體現(xiàn)在多個(gè)維度。

第一，它們是生態(tài)學(xué)上的“開(kāi)路先鋒”。地衣分泌的地衣酸能分解巖石、促進(jìn)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(diǎn)”，為后續(xù)動(dòng)植物定居奠定基礎(chǔ)。比如極地苔原中，地衣是重要的初級(jí)生產(chǎn)者。

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

第三，它們是生物活性物質(zhì)的“資源庫(kù)”，約80%的地衣含獨(dú)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(jìn)化與共生機(jī)制的理想模型，其標(biāo)本對(duì)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(biāo)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(shí)任中國(guó)科學(xué)院應(yīng)用真菌學(xué)研究所所長(zhǎng)戴芳瀾委托，前往蘇聯(lián)學(xué)習(xí)地衣專業(yè)。當(dāng)時(shí)，我國(guó)地衣學(xué)科還是一片空白。1962年，我回國(guó)到中國(guó)科學(xué)院微生物研究所工作。1973年，我們正式建立中國(guó)科學(xué)院菌物標(biāo)本館，那時(shí)標(biāo)本館中的地衣標(biāo)本室僅有一間房子，房間中僅有三個(gè)木柜。經(jīng)過(guò)數(shù)十年積累，如今，中國(guó)科學(xué)院菌物標(biāo)本館收藏的地衣標(biāo)本已超過(guò)16萬(wàn)號(hào)，擁有亞洲最大的地衣標(biāo)本室。這個(gè)標(biāo)本室不僅是我國(guó)地衣研究的物質(zhì)基礎(chǔ)，也為國(guó)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(biāo)本中，哪一個(gè)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(zhǎng)給我來(lái)信，稱1956年植樹(shù)造林治沙的植被蓋度由25%下降至6%，當(dāng)?shù)厣衬Y(jié)皮蓋度由0%變成90%。他猜測(cè)這種數(shù)據(jù)變化與地衣的生長(zhǎng)情況有關(guān)。我前往當(dāng)?shù)乜疾旌蟠_認(rèn)了這一發(fā)現(xiàn)，并確定產(chǎn)生影響的地衣中，優(yōu)勢(shì)品種是石果衣。這個(gè)發(fā)現(xiàn)的意義遠(yuǎn)超預(yù)期。

我們對(duì)石果衣的真菌進(jìn)行全基因組測(cè)序分析時(shí)，在從來(lái)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。“沉默基因”如同“沉睡”的資源，不參與次生代謝產(chǎn)物的合成。一百多年來(lái)，學(xué)界研究地衣代謝產(chǎn)物時(shí)，從未意識(shí)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(guò)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(gè)為新結(jié)構(gòu)。這一突破證明，通過(guò)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(dòng)開(kāi)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(duì)治沙有何意義？

魏江春：核心依據(jù)是我對(duì)前述沙坡頭地區(qū)的結(jié)皮生物石果衣進(jìn)行的研究。我們將石果衣制成粉末懸浮液，在純沙上進(jìn)行接種實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)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?jī)H200毫米，蒸發(fā)量卻達(dá)2000毫米，傳統(tǒng)種樹(shù)治沙方法可能像“抽水機(jī)”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(wú)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(shí)“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(guò)基因研究進(jìn)一步驗(yàn)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(gè)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←湣⒂衩住⑺荆彩棺魑锏目购怠⒖果}堿能力明顯增強(qiáng)，相關(guān)成果已申請(qǐng)多項(xiàng)專利，在國(guó)際上處于領(lǐng)先地位。

這些實(shí)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(shí)，我國(guó)地衣學(xué)科還是空白，如今已實(shí)現(xiàn)領(lǐng)跑世界。在實(shí)現(xiàn)這一跨越的過(guò)程中，我國(guó)地衣學(xué)科取得了哪些標(biāo)志性成就？

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

例如，我們完成了地衣領(lǐng)域首個(gè)全基因組測(cè)序，揭示了“沉默基因”的存在及其激活機(jī)制，這一成果被期刊《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》編輯評(píng)價(jià)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(biāo)本庫(kù)建設(shè)，以及地衣生物學(xué)科教等方面，我國(guó)也已擁有一批優(yōu)秀的科研單位和人才，處于國(guó)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(gè)人的學(xué)科”到形成完整團(tuán)隊(duì)，您在推動(dòng)中國(guó)地衣學(xué)科發(fā)展過(guò)程中遇到過(guò)哪些困難？

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

地衣研究在國(guó)內(nèi)曾不受重視，獲取經(jīng)費(fèi)、組建團(tuán)隊(duì)都面臨阻力。比如，早期采集標(biāo)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(shí)驗(yàn)室建設(shè)也需從零開(kāi)始，一步步積累儀器和樣本。但這些困難都在“填補(bǔ)空白”的目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下逐漸被克服。

記者：如今中國(guó)地衣學(xué)科隊(duì)伍已頗具規(guī)模，能否介紹一下團(tuán)隊(duì)建設(shè)的現(xiàn)狀？

魏江春：從1973年建立地衣標(biāo)本室開(kāi)始，團(tuán)隊(duì)逐步壯大。目前全國(guó)已有多個(gè)地衣科研工作站。27所大專院校開(kāi)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(duì)。這些人才在科研機(jī)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(jiān)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(jué)得他在這一研究領(lǐng)域有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＮ沂株P(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(jī)。

可以說(shuō)，中國(guó)地衣學(xué)科已從“一人獨(dú)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(gè)方向。

記者：您認(rèn)為推動(dòng)地衣學(xué)科人才隊(duì)伍建設(shè)，當(dāng)前最需要解決哪些問(wèn)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(rèn)為，科學(xué)家只有不輕易受外界瑣事干擾，才能夠?qū)Ｗ⒀芯俊⑷硇耐度耄@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?yàn)樗麄冃枰ㄙM(fèi)大量精力解決實(shí)驗(yàn)室房租、團(tuán)隊(duì)工資等行政事務(wù)方面的問(wèn)題。要解決這一問(wèn)題，需理順管理機(jī)制，為科研人員“減負(fù)”，讓他們能安心投入研究。

【觀點(diǎn)聚焦】

我國(guó)地衣學(xué)科已處于領(lǐng)跑地位，錨定2035年建成科技強(qiáng)國(guó)的目標(biāo)，地衣學(xué)科工作者未來(lái)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(dāng)?shù)囟鄶?shù)植物無(wú)法生長(zhǎng)，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(huì)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(jiān)持“創(chuàng)新領(lǐng)跑”，地衣學(xué)科必能為科技強(qiáng)國(guó)建設(shè)貢獻(xiàn)獨(dú)特力量。

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

——魏江春