寻找空气污染:与地衣相遇

是什么让地衣值得研究和欣赏?

在最小的事情上，大自然也擅长于最小的事情。-普林尼-

你可能已经知道关于地衣的三个事实:它们是一个著名的共生例子;它们是先锋物种;它们是空气污染的生物指示器。但许多人没有意识到的是，地衣实际上是一个真菌和藻类或蓝藻群落。真菌提供防止干燥和遮挡过多阳光的保护，而藻类或蓝藻则利用光合作用为双方生产糖。由于地衣看起来只是一种有机体，直到显微镜的发明，人们才相信地衣就是一种有机体。当西蒙·施文德纳在1867年声称地衣实际上是两种有机体——真菌和藻类——共存时，许多地衣学家最初拒绝相信这一点。

尽管如此，“共生”这个词在1877年首次在生物学中被用来描述生物之间密切、互利的相互作用。在Schwendener的发现之后，研究表明，在一些地衣物种中，蓝藻可以取代藻类作为伙伴的角色(这些被称为蓝藻)，或者藻类和蓝藻都可以与真菌结合(这些被称为“三方地衣”)。此外，最近的发现表明，在地衣上发现的细菌可以在共生关系中发挥重要作用。但地衣共生的最新惊喜是2016年托比·斯普里比尔(Toby Spribille)领导的一项发现。他发现，还有一个组成地衣的不可或缺的伙伴:一种单细胞真菌，几乎存在于所有地衣中，但其作用尚不清楚。一个看似简单的有机体的复杂性仍在揭示，从而给许多科学家带来了兴趣和兴奋。

地衣的形态惊人地多样化，从你在岩石上看到的干燥的硬壳“皮”，到沙滩上看起来像珊瑚的地衣，再到挂在树上的胡须状地衣。像这样的共生伙伴关系甚至在维管植物进化之前就已经蓬勃发展，并且已经独立产生了几次，这使得地衣成为一个令人难以置信的多样化研究群体-类似于研究所有脊椎动物。地衣伴侣之间的这种成功合作使它们能够在地球上几乎所有的栖息地生存和繁衍。最极端的地衣是那些过着隐石器生活方式的地衣，也就是说它们活着内部岩石。这些地衣在南极洲最干燥和最寒冷的地方生存。

地衣因其自身的可持续性和低生态要求而被视为先驱。它们只需要水分和阳光就能生存，而这甚至不需要全年都有。随着时间的推移，地衣也能够为支持其他生物准备必要的生活条件。它们对岩石的生物降解是有效的，并具有积累不同营养元素(即氮、硫、磷)的能力，从而增加了其他生物对这些元素的可利用性。此外，在它们分解后，它们留下的土壤富含这些营养物质和从空气中捕获的其他颗粒。因此，地衣在一片土地上的殖民是被火山爆发等灾难摧毁的贫瘠地区的重要的第一步。

地衣如何应对空气污染?

地衣几乎无处不在，从热带树木的叶子到南极被风吹过的岩石，从撒哈拉沙漠的沙丘到西伯利亚被雪覆盖的树木。但令人惊讶的是，有些地方连地衣都难以生存。从18世纪工业时代开始，人类制造了无数的空气污染源。空气污染不仅影响我们的健康，也影响所有生态系统和经济的健康和稳定。虽然地衣能够在恶劣的环境条件下生存，但许多地衣物种对空气污染非常敏感。在19世纪，来自英国、慕尼黑和巴黎的独立观察记录了地衣从城市地区消失的情况。地衣对空气污染的敏感性与它们的生物学有关——它们几乎直接从大气中吸收所有的营养和水分。它们没有气孔和角质层，所以污染物可以被整个表面吸收，而且它们对气体交换几乎没有生物控制。此外，它们在接触污染物后没有落叶部分脱落，因此排出毒素也不是一种选择。但需要强调的是，并非所有地衣对空气污染物都同样敏感:不同的物种对不同的污染物表现出不同的敏感性。

”2012年，约有700万人死于空气污染，占全球死亡总人数的八分之一。这一发现是先前估计的两倍多，证实了空气污染现在是世界上最大的单一环境健康风险。减少空气污染可以挽救数百万人的生命s. "——世界卫生组织(世卫组织)，2012年…

这意味着地衣可以用作空气质量的敏感生物指标和生物监测仪，有助于调查和监测空气污染问题。生物指标表明污染物的存在。另一方面，生物监测仪用于实验，测量长期对大气污染的生理反应，并提供有关暴露量和强度的额外信息。根据用地衣进行生物监测的欧洲官方标准协议，使用生物指示剂和生物监测仪的好处是，对它们的影响是时间综合的、复杂的影响的结果。这种方法结合了空气质量和当地气候条件，从而揭示了与环境健康有关的生物学指标。环境污染物浓度和沉积的物理化学测量以及排放数据是关于空气质量的不可替代的信息来源。因此，生物指示剂和生物监测仪可以为我们提供生物体对来自城市和工业来源的混合污染物的生物学相关反应。

有几种不同的方法可以使用地衣作为空气质量探测器。一是确定一个地区地衣的生物多样性。地衣对污染的耐受程度不同，地衣生物多样性随着空气污染程度的升高而降低。严重的污染导致了“地衣沙漠”——地衣完全消失，就像19世纪的城市地区一样。第二种方法是通过测定地衣的生理变化。在地衣因污染而消失之前，它们处于生化压力之下。这造成的损害可以通过测量地衣叶绿素浓度、次生代谢物和其细胞膜的通透性来监测。这种类型的监测可以对已经存在于研究地区的本地地衣进行，也可以对从没有空气污染的地区“移植”到污染地区的地衣进行监测。利用地衣作为生物指示器和生物监测器的第三种方法是测量地衣中污染物的积累。众所周知，地衣可以生物积累空气中的物质，主要是重金属，但也有非金属，如硫和氮。 By measuring the amounts of these substances in lichens, we can deduce the concentrations of these substances in the ambient air over time.

在我的博士研究中，我将不同的空气质量研究和监测方法结合在一个领域，以更好地从理论上理解问题，并设计出利用地衣进行空气质量生物监测的最佳系统。我选择研究斯拉旺斯基布罗德市的空气质量。这是克罗地亚空气污染问题最严重的城市，主要原因是炼油厂的排放。为了解释炼油厂空气污染引起的生理变化，我使用了两种采样方法(本地地衣和移植地衣)以及地衣的各种生理参数，以及其他环境因素，包括风向和风速。我的研究已经显示出研究区域的空气质量问题，以及炼油厂附近的“地衣沙漠”。

地衣可能被大多数人忽视，但它们讲述了一个关于合作、生存和坚持的令人难以置信的故事，我们所有人都可以从中学习。所以，下次你在走路时偶然发现地衣时，停下来;仔细看看，不要不好意思研究这些有趣的彩色斑点。让自己受到鼓舞，开始与最多样化的人合作，欣赏没有什么能阻止你进入你从未梦想过的环境，并为其他人奠定基础……