编者按：
地球环境不断恶化，海平面上升，气温升高，人口持续上涨，人类正面临着前所未有的挑战。如果你清楚认识到当前气候变化的剧烈，你就会意识到科幻大片中的场景或许是我们不远的未来。
科学家们已经达成一致，地球的环境将会越来越不稳定。从进化角度，我们没有充足的时间去适应环境。所以，究竟要如何解决生存难题？
研究人员不远万里，奔赴南极，探索深海，攀爬青藏高原，年复一年地克服各种困难去往这些“遥远”的地方，试图挖掘在这些极端环境生存的生物背后的进化秘密以回答这个问题。
今天我们特别编译了 Futurism 杂志发表的关于科研人员探索青藏高原生物应对环境挑战的文章。希望通过该文让诸位读者更加深刻意识到当前所面临的巨大挑战，同时向各位坚持不懈、不畏艰险的科学家致敬。
以下是全文翻译：
① 青藏高原：神秘天堂
每年，都会有一小部分研究人员踏上相同的危险旅程，前往被称为“世界屋脊”的青藏高原的偏远角落。
青藏高原是地球最大也是最高的高原，位于中国和印度之间。这片高原海拔接近 5 公里（3 英里），与落基山脉的最高峰一样高。科学家表示，在那里，空气是最纯净澄澈的，上面的千年湖泊呈现着由风霜雨雪及变幻莫测的温度形成的空洞景观。
中国科学院昆明植物研究所副教授张体操（以下简称“张”）在给 Futurism 杂志的一封电子邮件中说：“这里有你在其它任何地方都找不到的壮丽而神秘的风景。”
去青藏高原听起来很容易，实际上却一点都不轻松。你可以从尼泊尔的加德满都或中国的成都出发，但是旅行才刚刚开始而已，接下来，研究人员还要迎接更大挑战，他们将要面临的困难不仅包括长途跋涉一个星期，还要忍受持续的岩石坠落和高原反应。
张研究员回忆说：“碰上雨季天气，汽车和人可能会有从悬崖掉入河里的危险，因为地面很滑。除此之外，高原反应会让一个没有经验的研究员惊讶的。多年来，我忍受头痛之苦，连包也拿不动，因为我呼吸困难。”
当地人口中的“阿里”是青藏高原海拔最高的地方，那里神秘，令人神往。据张回忆，阿里是最大的挑战，当地还流传着一首小诗描述阿里——“高耸入云的阿里，西藏西部神秘的土地。”
② 青藏高原：人类生存的关键？
然而，这些困难并没有将科学家们击倒，年复一年，他们仍在长途跋涉，历经千难万险，为了收集独特的植物和微生物的样本。尽管在那里生命生存的机会渺茫，可有些植物和微生物却能在那里茁壮成长。
青藏高原的年均气温在-4℃（39.2 华氏度）左右幅动，氧气含量低，四处都是冻土，而且还有强烈的紫外线辐射。这里是地球最极端的环境之一，而气候变化只会加剧这些恶劣的条件。
据张这样的研究员猜测，如果气候变化按照专家所预测的发展，那么这里的环境可能就是世界未来的生存环境。
随着气候逐渐变得恶劣，海平面上升，气温上升，干旱地区变得更加干燥，对农作物来说，维持生命变得愈发艰难。农业研究人员已经致力于设计一种作物，这种作物可以承受更加恶劣的环境条件，从而养活不断增长的人口。
并且一些人认为，能在极端环境下生存的极端微生物，可能是解决问题的关键。但首先，科学家必须了解植物是在数千年中如何进化得以在如此恶劣条件下生存。
张说：“了解生物是如何适应极端环境的，这将对进化生态学做出重大贡献。”
然而，在这个世界上最具生物多样性的极端环境中，却鲜有研究人员对该地区的植物进行基因组研究。这就是这些人员长途跋涉、不畏艰险的原因，他们试图填补这一空白，也许研究这些地区的植物和微生物正是人类生存的关键。
③ 极端环境的极致价值
生命存在于你最意想不到的地方，在极地冰下，在温泉内部，在喜马拉雅山高原贫瘠的土壤里。生活在这些环境当中的并不仅仅是细菌等微生物，过去的研究已经了解到人类和脊椎动物也在进化来适应缺氧、强光或低温环境的。科学家认为，在某些情况下产生的独特生命形式可能存在的基因上也是独一无二的。
美国能源部联合基因组研究所（the Joint Genome Institute of the U.S. Department of Energy）生物基因组计划的领导者 Nikos Kyrpides 告诉 Futurism 杂志，“我们认为极端环境是一些未被开发且具有最高生物多样性的地方。” Kyrpides 呼吁全世界的科学家参与他的项目，鼓励科学家提交他们的遗传样本（包含土壤、植物以及微生物等）进行基因测序和分析。
Kyrpides 解释，“像海洋表面和地球土壤这样的地方已经被广泛研究过了，在那里发现的许多生物的基因组已经进行了测序。但是有些遥远的环境，例如深海，还没有被开发，我们已经知晓大部分未知的基因来自这些环境。我们探索之路任重道远，因为那些地方还有很多知识等待着被发现。”
科学家在这些极端环境中发现的东西可能对人类工业和粮食安全极具价值。
英国南极调查局（British Antarctic Survey）的分子生物学家 Melody Clark 告诉 Futurism 杂志，“例如在极寒地区，有很多动物习惯于生活在零度或更低的温度下，它们可能对社会极具价值。科学家们可以研究生活在这些环境中的各种生物，寻找使它们适应低温的酶，有了这些酶我们就不必利用高温等额外能量来生产工业产品。”
Clark 解释说：“例如，在南极，动物的进化是独立的，对它们来说，生活在零下的环境中是很正常的，想想那些体内没有血红蛋白的冰鱼，南极的生物拥有很多策略来应对这样的低温。”
科学家们能从生活在零下温度环境的极端生物体内提取酶，用于家庭使用的洗涤剂制造或者奶酪和红酒的工业生产中。一些微生物已经进化到能适应高度污染的环境，研究它们来净化污水，科学家们称为这是生物修复。
另一方面，全球气温升高，炎热地区也在蔓延，Clark 说：“所以，人类需要了解生活在那的生物是什么，它们如何在那生活的以及人类如何能开发它们，把它们的基因转移到农作物体内。”
她解释说：“像龙舌兰和芦荟等许多植物能在高温条件和干旱条件下生存，因为它们很少蒸发水分，白天高温时叶子上的气孔保持关闭状态，晚上低温时再打开，这样它们既可以吸收二氧化碳满足生命所需，又可以保持体内足够的水分。”
Clark 表示，另一个极端适应的例子是“复活”植物，因为这些植物在干旱时完全枯萎，而在水分充沛时又恢复生机。她说：“很明显，这些植物不一定能成为理想的粮食作物，但是通过研究它们在干旱下生存的机制，我们可以判断是否可以将这些特性引入当前的粮食作物中，改良粮食作物；或者将这些极端微生物作为食物来源。”
在青藏高原，研究人员着手开始更好地了解已发现的新物种，这些物种可能被证明同样有用。
中国和英国的研究团队经由一个共同好友的偶然会面，保持了长达 10 年的伙伴关系，他们都对解开地球极端环境的秘密着迷。多年来，研究人员研究了几种植物和细菌，这些生物已经进化到能承受疾风、缺水、青藏高原典型的剧烈温度变化等环境。
这个项目从未间断，已经从一代研究员传到了下一代。最早参与青藏高原项目的科学家之一杨忠已经去世了，但是留下了他的研究成果。该小组在 2009 年至 2016 年期间在 Nature 和 Scientific Reports 等科学期刊上发表了一系列论文，描述了青藏高原多个物种的基因组。
牛津大学沃尔夫森学院的分子生物学家 James Crabbe 参加了几次青藏高原项目的探险，他告诉Futurism杂志，“我们的研究表明，不同的物种进化出了不同的机制，以适应青藏高原的极端环境。例如，我们研究的植物似乎已经进化出不同的细胞壁组织和繁殖模式。”
细胞之间通过一系列化学信号进行交流，而这些信号控制着细胞的各种功能，比如繁殖和新细胞形状的形成。通过在青藏高原的研究，研究小组发现，他们研究的植物和细菌含有特定的基因，这些基因可以让细胞产生更坚固的外膜来阻止水分的散失，以抵御恶劣的环境。
这些植物的基因还会导致机体产生更高水平的氨基酸，这种氨基酸可以保护细胞的重要部位免受紫外线的辐射。
Crabbe 表示，确定那些帮助有机体在高二氧化碳和缺水条件下生存的基因，可以使植物能够在未来的地球上生存。2016 年研究小组对西藏苔菜的基因组进行了测序，西藏苔菜已经存活数千年之久了，在这个过程中，它不断进化以适应极端环境。
有可能，地球的其它地区也有类似苔菜的生物，它们不得不进化与极端环境抗衡。但是苔菜只用了不到一世纪的时间就可以适应环境活下来。研究人员希望利用这些植物的遗传密码作模型来设计更耐寒的作物。
④ 动荡的星球：巨大的挑战
当下是这项研究的关键，因为越来越多的证据让全球的科学家们达成了一致：未来几个世纪，地球的气候会变得更加不稳定，一些地区会变得更加干旱，而另一些地区会变得更加潮湿。
Nature Communications最近发表的一项研究指出，融化的极地冰冠不仅仅会引发海平面的上升，而且还会使像加利福尼亚这样的地区变得更加干旱，增加土地荒漠化和森林火灾的风险。
尽管 2015 年几乎所有的联合国成员国都签署了《巴黎协定》，大家团结一致，决心努力克制气候变化带来的损失。但模型预测，我们不太可能实现这个雄心壮志的目标，使脆弱的生态系统免受损害。最近一项研究的作者得出结论，即使实现了这一目标，我们的世界也会变得更加干燥。
联合国粮农组织（The Food and Agriculture Organization）估计，到 2050 年，世界人口将达到 100 亿，我们需要生产比现在多 50%的农作物粮食，来满足人口的粮食需求。例如非洲之角这样易受损害的地区，干旱天气已经影响了粮食生产，这可能意味着整个粮食系统的崩溃，并且最终会导致数百万人饿死或流离失所。
但是，面临风险的不仅仅是发展中国家，在全球范围内，随着飓风和干旱等极端天气席卷全世界各地，危及或摧毁农作物，粮食价格将变得更加不稳定。
随着世界各地人类对肉类需求增加，我们的粮食不仅仅要满足人类的需求，还要喂养动物，这就意味着扩大耕地面积，甚至耗尽，以及对化肥的需求量增加。专家们提出了一些预防措施，如建立肉税和碳税两项税务，但实施起来却并不容易。
英国非营利机构 Rothamsted 研究所的一位研究农作物的科学家 Nigel Halford 告诉Futurism：“从进化的角度来看，我们没有时间去适应环境的变化，所以对于植物育种者不得不寻找新的作物品种，以应对目前还不存在的环境，这就是挑战。”
Halford 表示，特殊环境的研究发现解释了植物是如何在极端环境中生存的，比如，在青藏高原上，它们经过数百年的进化形成了独特的适应能力，这些发现可能提供了启发来培育能承受类似极端环境的作物。
他说：“到底是什么改变其独特的形状或基因型，使其能适应极端环境呢？你可以看看在特定时间、特定压力下，所有的基因是如何表达的。你也可以将这个特别的生态型和英国目前种植的植物相比，问问自己，它们有什么不同？是什么让它们能适应这样的极端环境？”
⑤ 从西藏到厨房餐桌
尽管这些发展一直鼓励研究人员探索青藏高原古怪的生活，寻找“神奇”生物，但是要把他们研究的知识真正融入现实中来制造“坚韧”的植物还有很长的路要走。
首先，科学家们必须确保这些基因变化确实是植物和微生物成功适应环境的原因，而不是基因突变或其它没有考虑到的因素。
Crabbe 说：“我们已经证明活下来的植物的某些基因表达增强了，但是有一个问题，这些基因真的参与了适应环境的过程吗？”研究小组目前正在研究植物和微生物的生理学，试图回答这个问题。
为了做到这一点，科学家们将控制一些条件来种植这些植物，以了解在青藏高原条件下收集到的植物独特基因和蛋白质是如何转化为物种的抗逆性。
Crabbe 解释说：“例如西藏的苔菜为了在极端环境中保存能量，可能花期会很短。这就是许多最初试验所显示的：植物会找到不同的方法来保存能量。你必须研究植物是如何生存的，才能考虑如何在极端环境下提高它们的产量。”
并不仅仅只有 Crabbe 和张研究员两位科学家在极端环境下研究生物来扩大我们的食物供应。当他们在专注研究到底是什么让植物活下来的时候，其他的研究员正在研究如何让作物在更少的空间里生产更多的食物。
伊利诺依大学（University of Illinois）的研究人员没有在世界偏远的角落找到耐寒的植物，而是着眼于那些我们已经用作食物的物种，他们认为这些物种是快速提高粮食安全的最佳选择。
他们的“大豆游离空气气体浓度浓缩”项目帮助研究人员评估并改变作物周围的大气，提高温度，限制水分。他们的目标是：筛选出那些在环境压力下生长更好的植物，这些作物本身及其遗传特性可能帮助研究人员开发新品种来养活全世界的人口。
为了实现这一目标，他们已经开始实施这个项目。
编者注：大豆游离空气气体浓度浓缩技术是一项新技术，该技术依赖于植物种植地带中心的一个旷视科技环的印模（Impression of a FACE ring）。通过该技术，可以在周围没有任何围护的情况下，对大片区域内的二氧化碳和臭氧进行控制富集。只需轻轻一按开关，大面积农作物周围的气体成分就会改变成未来——2050年前后的大气成分。
参考资料：https://soyface.illinois.edu/technology
伊利诺伊大学的农作物科学家 Steve Long 在接受Futurism杂志的采访时表示，在这种特殊情况下，需要使用基因工程。他说：“但是并不只有这一种解决方法，如果你认清了形势的紧迫，你就会明白我们真的需要全力以赴去研究，来应对未来未知的环境，更好的生活下去。”
对于日渐复杂的生态系统以及完全适应它们的独特物种来说，我们的时间已经不多了。许多人担心我们在发现那些极端环境生存的生物之前它们就已经消失了，但是研究人员在通往青藏高原的路上并没有担心，他们踏上艰难的旅程，寻找那些隐藏的特殊基因的植物。
农作物工程研究进展非常的快，但是科学家们依然保持着他们的紧迫感，他们愿意付出精力和时间，年复一年长途跋涉，做出更多有价值的科学成果。
张体操研究员说：“目前我们所能利用的遗传资源都是常见的且被分类的植物，但还有很多尚未被发现，它们携带着我们可以开发利用的新基因资源。”
他相信，这种耐心的寻找将对未来几代人产生巨大影响。对极端环境生存者的探索，或许是生命延续的答案。
原文链接：
https://futurism.com/climate-change-extreme-tibetan-plateau
作者 | Lou Del Bello
编译 | 崔心伟
审校 | 617
