早在6500万年前，喜马拉雅山脉隆起形成青藏高原的时候，藻苔就已经在地球存活了大约3.9亿年。随着喜马拉雅山脉上升，生态环境随之发生巨变，年平均气温从28℃骤降至6℃，紫外辐射强度也骤升10多倍。由于这些因素的影响，藻苔植株每年被大雪覆盖的时间长达8个月。那么，藻苔植株是如何忍耐8个月大雪覆盖下-4℃的黑暗时间呢？又是如何在4个月强紫外线辐射的光照期生长繁衍的呢？在全球气候变暖的大背景下，藻苔在青藏高原的命运又将何去何从？

2023年8月17号，国际著名学术期刊《细胞》以“正在面临西藏气候变化的神秘藻苔的适应性进化”为题刊发封面学术论文，揭示了藻苔在青藏高原的生存法则。这是首都师范大学生命科学学院何奕騉教授研究团队，在青藏高原雅鲁藏布大峡谷连续观察近20年，结合实验室全面深入分析的研究成果。

2023年何奕騉团队合影

• 结缘——始于对大局的思考和对细节的把控

何奕騉1998年从中科院遗传所博士后（植物分子遗传领域）出站并获评“研究员”，之后来到首都师范大学工作。考虑到北京市对生态文明的重视和科技投入的支持方向，结合生科院陈阜东教授团队几十年苔藓研究的相对优势，何奕騉决定把苔藓植物抗逆基因发掘作为团队主要研究方向之一，为“绿色北京”添砖加瓦。最初，团队以国际认可的模式植物小立碗藓为材料开展藓类分子遗传研究，并于2002年获批“北京市自然科学基金重点项目”，在国内率先开展了藓类植物逆境应答的分子调控机制研究。同时，通过与国内著名藓类植物学家、中科院植物研究所贾渝研究员多次深入讨论中国藓类研究现状与发展方向，何奕騉敏锐地捕捉到藻苔这一分布于青藏高原的珍稀物种的独特研究价值，决定启动这一研究项目。

2005年夏天，在贾渝研究员指导下，在中国科学院植物研究所高级实验师汪楣芝的带领下，何奕騉团队骨干李学东教授、博士生张润杰等人，经过多次艰辛的野外考察，最终在雅鲁藏布江大峡谷北纬29度，东经95度发现了比较集中分布的藻苔种群，而其附近的嘎瓦隆东冰川区域正是“树线”——树木群落在高原分布的最高边界。

李学东、张润杰在汪楣芝带领下找到藻苔

全球气候变暖正在深刻地影响植被动态，高原“树线”移动是最直观的反应之一。中国科学家经过多年观察，发现青藏高原年均气温6℃附近的区域，东西走向延绵数千公里的“树线”出现向上漂移现象。“树线”移动反应的是不同植物为了适应环境变化在群体分布范围出现相应变化，若针对具体的某物种种群动态长期观察和相关遗传基础的深入分析，可能获得有关植物适应环境变化方面的重要结果。苔藓，由于其生理特征对环境变化非常敏感而被作为环境变化指示者。基于此，何奕騉团队聚焦于分布在青藏高原“树线”边沿的国家二级保护植物藻苔，以“遗传基础-种群动态-全球气候变化影响”为研究的逻辑主线，将观察到的宏观现象在遗传信息和细胞代谢的微观层面揭示其相关性，探寻藻苔在青藏高原的生存状态。

• 艰辛——是二十载勤耕的体验更是探索者的选择

藻苔化石

藻苔成熟孢蒴

植物生理生态交叉学科领域的原创性研究，周期长、难度大、不确定性多，是场艰苦漫长的科研马拉松。它既要科研人员不断超越“极点”羁绊的韧劲更需耐得住“深居万籁无人知”的定力。“目标与信念！”当被问到是什么样的动力让他为了探寻一个问题能够坚守二十年时，何奕騉脱口而出。深呼吸，慢慢回味后，他缓缓说到，李学东教授每年带队去青藏高原、胡若洋博士从硕士、博士及博士后期间将自己11年青春年华奉献给了西藏藻苔研究；生科院20多名硕士、博士研究生以藻苔为自己的毕业论文研究内容。其他，何奕騉却并未说出太多，仿佛这其中的艰辛一言难尽，而一切又尽在不言中。

世界上关于藻苔(Takakia lepidozioides)的研究仅在植株形态、细胞染色体观察及附着微生物等方面有极少研究报告。何奕騉团队针对聚焦的科学问题，采用了全新的研究范式(Paradigm)，横跨微观（基因组、基因、细胞、生理生化、个体代谢等）和宏观（种群生态、藻苔化石、古气候演变等）多学科领域。实现“从0到1”的突破从来不是一蹴而就的，要经历漫长的时光和长期的积累。从启动研究开始，何奕騉团队推进的每项工作都是在慢慢摸索，经历了反复失败和一次次地推倒重来。

藻苔分布在人迹罕至的高纬度或高海拔地区，青藏高原雅鲁藏布江大峡谷藻苔分布区域的年平均气温约6℃，就是夏季在实验基地也常常会经历“一日四季”的温度骤变，这给藻苔野外实地研究带来诸多挑战。论文的第一作者李学东教授从项目开始就一直全程参与。2005年夏天，“第一次是在一片桦树林对面找到藻苔的，在一块大石头底下。”李学东对找到藻苔时的激动记忆犹新。

2005年采集到的第一块藻苔群落

发现野生藻苔的那片栖息地非常偏僻，要经过一段已经废弃的公路，路面狭窄仅能容一辆车通过，没有任何硬化，经常有大块落石掉下，非常危险。汽车上不去的时候，就得骑摩托车，一路边清理碎石边上山，有些路段由于大面积崩塌落石而断路，就要背着观测设备走几公里到达样地进行观测。雪崩、多雨、大风等都对数据的采集造成了极大的影响，自动相机就坏了11台。有时候，高原上的牦牛的踩踏和啮齿动物在数据线上磨牙，都会导致设备损坏，造成数据的损失。各种困难数不胜数，李学东说道，“一切困难皆有可能，没有遇不到，只有想不到”。

跋山涉水，排除万难

跌倒与磕碰流血

研究团队在青藏高原海拔4000多米的嘎瓦龙冰川地区设置了68个以藻苔为主的实验样方，安装了野外气象工作站以及自动摄像记录仪，每两小时拍摄一张照片，全年监测记录藻苔等的生长和环境变化情况。在每年7月至10月实验基地的藻苔植株的光照窗口期，团队成员都会去观察并收集实验样方中藻苔等的个体生长发育、种群覆盖面积以及环境气象等相关数据，并在准许采集范围内，获取少量活体植株，同时完成仪器设备维护。

藻苔生活环境观测系统

观测记录藻苔生长和冰川变化自动定距相机

标本采集回来了，可怎样进行人工培养，为后续研究提供足够的样本，又是一个亟待解决难题。藻苔培养由于没有现成的经验可以借鉴，只能通过分析野外环境因子数据来确定合适的培养方案。胡若洋也是论文的第一作者，他从硕士、博士到博士后，一直是藻苔研究的主力。他发现了适合藻苔生长的培养温度、光周期和糖类使用的最佳方案，为藻苔无菌材料的大规模实验室培养做了不可或缺的贡献。他和团队成员通过分析栖息地土壤和水的样品确定培养基成份和用量；通过野外观测和野外小型气象站的数据分析确定培养温度；通过样方里安装的自动相机，确定栖息地日出和日落的时间，在实验室模拟野外的光周期。就这样，经过反反复复的试验、探索，也经历了无数次的推翻再来，他们终于找到了藻苔实验室繁殖的方法。胡若洋谈到，“最大的困难还是整个研究过程中个人心态的调整，有多少次的失败，就有多少次的重头再来，需要时刻提醒自己，沉住气，静下心”。

参与野外考察的师生们一丝不苟

2015年安装路格空气及土壤温、湿度记录仪

• 收获——是坚韧不拔付出后的水到渠成

“17名国内外专家学者以及他们的研究生、12位本校教师和26名研究生，与国际著名藓类分子生物学家Ralf的136次电子邮件交流，与美国和加拿大教授的3次视频会议讨论……”在何奕騉的案头，有这样一份资料，记录了这20年来参与课题研究的人员名单，从本领域的专家学者到青年学生，以及跨学科的参与者，他们都共同见证着这份艰辛与坚持。

何奕騉在和专家、学生交流研究思路

何奕騉与国际同行交流

经过近20年的连续观察和深入分析，研究团队分工合作，从藻苔个体生长发育、种群动态特征，结合细胞、生理生化、基因组、功能基因组、代谢组、基因功能、以及遗传演化、古生物和古气候的全面深入分析。团队完成了藻苔高质量de novo全基因组序列测定，发现藻苔基因变异非常活跃，拥有较高的正选择快速进化基因，特别是与DNA修复、抗紫外线辐射和低温胁迫等密切相关基因在青藏高原抬升过程中得到快速扩增，因而能够迅速适应世界屋脊的极端环境。令人吃惊的发现是，尽管藻苔展现出许多适应恶劣环境的生长发育策略和基因变化响应，但是，这种已在地球上生存了3.9亿年之久的藓类植物，可能仍然不能够应对当下全球气温变暖给它带来的危机。事实上，团队研究发现，藻苔种群覆盖率正以每年1.6%的速度在迅速减少，全球适宜藻苔生长的地区仅有1000-1500平方公里，如果不加以干预，科学家预测藻苔将在100年后消失。

• 未来——藻苔研究继续在路上

为了扩大藻苔种群在青藏高原的繁衍，团队在实验室采用组织培养技术快速繁殖藻苔，五年前开始尝试移栽到青藏高原实验基地的。何奕騉说：“经过5年的持续观察，我们发现一些移植藻苔属能够存活并茁壮成长，这可能是藻苔属种群恢复的曙光，或者至少推迟了它们灭绝。” 胡若洋提到，“人们有责任在生物多样性保护和恢复中发挥更积极的作用。我们不仅要关注那些可爱的动物，比如熊猫、北极熊、白海豚，还要密切关注这些稀有的小物种。它们在气候变化下更加脆弱，比如藻苔属植物。”

除了物种保护以外，团队目前还着力于藻苔遗传多样性研究与种群恢复；对其次生代谢物分析，比如鉴定抗紫外线辐射抗自由基的物质，拟从这种高原珍稀植物中发掘有利于人类健康的物质；而对于藻苔的伴生菌和共生菌的研究，或许也将在农作物叶面菌肥研制领域有新的突破。

人工培养的藻苔群落

做任何事情都可能遇到困难，但要相信任何困难都能解决”，这是何奕騉在新生见面会上对课题组的同学们讲的一句话。在从事科学研究过程中，这种百折不挠、坚韧不拔的精神，也许正是何奕騉带给大家的最宝贵的精神财富，也是团队能取得今天这样成绩的重要原因之一。在展示课题组成员照片时，他自豪的说：“同学们精气神都很好，他们的脸上是充满笑容的，这就是信念的力量，他们始终坚信，这项工作是有意义的，他们是有信心的。”

今年10月，李学东、胡若洋和团队成员刘铸同学，再次奔赴青藏高原的实验基地，观测就地保护和迁地保护样方内植物的变化情况，对气象站、自动相机维护和数据收集，也根据后续实验设计继续采集样品。未来如何，让我们继续拭目以待。

西藏藻苔野外实验基地 海拔4000-4200米

2023.10.11胡若洋、刘铸李学东再次考察

山积而高，泽积而长，团队20年来如一日的坚持，是每一名科研工作者，锲而不舍、孜孜不倦追求真理的执着；是每一名人民教师，传道授业、躬耕教坛的奉献；更是每一名中华儿女，在强国路上戮力同心、奋楫笃行的坚守。他们是首都师大向着实现中国特色世界一流师范大学奋斗的众多追梦者之一，是新时代推进现代化教育强国建设的参与者与贡献者，不断为书写强国建设、民族复兴伟业的教育篇章发挥着自己的光和热。

（作者：扈晓雨；编辑：罗佳音、刘子嘉、王子涵、梅蓝滋；责任编辑：赵璟卓；审核：郭圆圆、窦玥；图文来源：生命科学学院、何奕騉教授研究团队）