大家好，我今天想通过一个对大家既熟悉又陌生的故事，分享我们的科研经历，让大家了解我们大自然。今天我带来的演讲题目是沙漠皮肤，我想沙漠大家非常熟悉，皮肤也非常熟悉，那么这两个名词放到一起的时候，可能很多人就要问了，沙漠也有皮肤吗？沙漠的皮肤长什么样呢？沙漠的皮肤能像人类的皮肤一样去保护沙漠吗？
新疆塔克拉玛干沙漠是世界第二大沙漠，也是中国最大的沙漠。塔克拉玛干沙漠的面积为33万平方千米，相当于好几个欧洲国家的面积之和。这个沙漠最重要的特点表现为沙丘表面是流动的，它表面上的沙粒是活动的。
再看看另一个沙漠。这个的确也叫沙漠，它就在新疆北部的准噶尔盆地腹地，叫古尔班通古特沙漠。这个沙漠跟塔克拉玛干沙漠最大的不同在于，它的表面是固定或者是半固定的。导致沙丘被固定住的一个很重要的因素就是我们刚才提到的沙漠“皮肤”。
这里是我在20多年前做博士论文时的研究区域——博格达山，之所以我会去博格达山，主要是为了采集苔藓植物标本。生活在这里的苔藓非常优雅，它们抬着高傲的孢蒴，在争取阳光，在吸收水分，在拼命生长，在繁衍后代。由于我做的是全流域研究，所以我必须要从山上下来进入荒漠，因为荒漠是山地河流的尾闾区。于是，我就到了沙漠，俯下身子开始寻找我所需要的苔藓植物。
起初，我觉得在沙漠地区不大可能会找到苔藓植物，因为我们都知道，苔藓一般生活在比较湿润的地方。沙漠里面怎么可能会有呢，它们多半无法在沙漠中存活。但是后来，我发现沙漠里确实有苔藓植物——地表上那黑乎乎的、不招人待见的一片就是我要采集的苔藓植物。我们当时既不知道对于沙漠来说它们有什么作用，也不知道它们究竟是如何生存下来的。
从常理来讲，完成采样之后，我就可以从沙漠回到山地去了；但是，在野外的一次偶然发现，让我从此以后把研究重心全部转移到了沙漠。一天，身边的矿泉水瓶不小心倒了，瓶子里的水流出来，浸润了地表那层黑乎乎的东西，不过几秒钟时间，原本黑乎乎的表面就变绿了，令人惊讶不已。回到实验室，我们对材料进行了研究。
这个动图展示了植物样本吸水前后的变化状态。处于休眠中的干燥植物体遇到水分后开始展叶复活，由黑变绿，只需几秒钟便欣欣向荣。这个现象深深打动了我，最终我选择回到沙漠。回到沙漠后，我发现这些黑乎乎的东西，就是刚才我们在动图中看到的非常神奇的生物。那么，这些黑乎乎的东西有什么作用呢？
通过风动实验我们发现，哪怕面临10级以上的大风，覆盖了这种生物的地表依然岿然不动，非常稳定。而当有一大群羊踩踏过去之后，地表就变了模样。通过这两张照片的对比，我们知道，对沙漠来讲，这层东西就相当于一个保护层，所以我们把它称为沙漠“皮肤”。
从学术角度来讲，沙漠“皮肤”应该被称为生物土壤结皮。沙漠“皮肤”到底长什么样子？就长这个样子，这是它的4张“众生相”，有平的，有皱的，有黑的，有黄的。这个薄层非常神奇。为了弄清楚它的结构，我们从野外把这个薄层取回到实验室进行观察，结果发现薄层内大有乾坤。简单从这张照片来看，沙粒好像被什么东西包裹着、牵引着，彼此连接成了一个整体。
我们在光学显微镜下观察这些“绳索”，发现它们是绿色的。绿色的植物体意味着它能够进行光合作用，能够自力更生养活自己。我们会发现，“皮肤”里面的物种还是非常丰富的，既有单细胞生物，也有多细胞生物，还有丝状的以及团状的生物。它们聚集在一起组成一个“大家庭”，共同保护我们的沙漠。
沙漠是贫瘠的。尽管如此，生长在沙漠中的物种还是能够实现自给自足。为了能够养活自己，这些微小的生物除了能够进行光合作用以外，它们还具有一个特别重要的功能——固氮。氮是植物生长的必需元素之一。沙漠中有很多微小的生物都具有这种强大的功能，它们能把氮气固定下来，转化成肥料供自己使用，用不完的再留给其他植物，由此形成了一个非常稳定的小团体。
我们把这些微小生物称为“天然绿肥”，它们丰富着沙漠地区植物的生长环境。沙漠中不仅有高温，还有强光。大家去沙漠都要打伞，但沙漠里的植物打不了，尤其是地表这种非常脆弱的生物体。但不用担心，它也有自己的办法防晒，我们形象地说它“自带防晒霜”。
苔藓植物会利用叶片顶端白色芒尖来强化对强光和紫外线的反射，避免植株体受到伤害。研究发现，这种结构表面有很多运河式的沟槽，这些微米级的结构非常有利于植物发挥表面毛细管作用，有利于水滴向下运输。植物非常非常神奇，这些都是它通过自然选择，不断进化出来的。
在冬季，古尔班通古特沙漠表面会有30～40厘米厚的积雪，并维持三四个月。我们把积雪拨开后，秘密就解开了：苔藓植物体上都带着冰晶，它们顶着满头的冰在“高兴”地生长。这个小小的植物体内包含了很多非常宝贵的种质基因，正是因为这些基因，植物才能克服不利的环境条件生存下来。经过多年进化，这些脆弱的物种早已跟沙漠融为一体。
但是，我要告诉大家，这是不行的。任何事物都有两面性，如果结皮大量生长，其他物种的生存空间就会迅速丧失。我们猜测，这种“裸奔”的种子可能更容易在“皮肤”上生存，因为它更容易掉到缝隙和孔隙当中，接触土壤，并开始萌发。经过实验，我们发现，最初的假设成立，那些“拽着风筝”“戴着长帽子”的都不适合在这样的环境里生长。
我们还发现了一个非常奇怪的现象：在沙漠中那些长满“皮肤”的地方，出现了大量的绿色植物。这些绿色植物的种子比我前面列举的植物种子还要怪异——它们的附属物很长、很大。它是靠下面的“子弹头”来产生下一代植物的。种子落地之后，在风力的作用下，它会在结皮上找到一些小的空隙，并落在空隙里。种子的螺旋结构和它的羽毛结构以及它的运动，都使得种子能够很好地适应当下的环境。
沙漠“皮肤”斑驳，这个“皮肤病”来自于人类的干扰，导致沙漠的“皮肤”斑斑驳驳，“疾病”久治不愈。放牧对沙漠结皮的破坏也很大，所以我们要加强对沙漠结皮的保护。最后，我想用美国拱门国家公园的招牌式标语结束演讲。这句话的意思是你踩在结皮上的这一个脚印，瞬间就可以将已经发育和生长了数百年的生命摧毁。