80000岁，590万公斤，世界上最大的生物——美洲山杨潘多

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世界上最大的生物是什么？重达180吨的蓝鲸？高达115米的巨杉？都不是。世界上最大的生物是一棵美洲山杨（Populus tremuloides）。从表面上看，它是一片占地43.6公顷、由约47,000棵树干组成的森林，但实际上，这些树干都是源自同一个根系，属于同一株植物。这棵植物有一个独特的名字——潘多（Pando）。

美洲山杨（Populus tremuloides）是杨柳科杨属植物，与我们在路边常见的白杨树系出同门。有趣的是，分布于美洲的美洲山杨与分布于欧洲的欧洲山杨和分布于中国的中国山杨同宗同源。它们的祖先最早出现在北美大陆，随后通过白令陆桥扩散到亚欧大陆。然而，在晚中新世时期，白令陆桥消失，美洲山杨与欧亚大陆山杨之间的基因交流被彻底中断。随后，随着青藏高原的隆升，欧亚大陆的山杨群体逐渐分化，最终演化出欧洲山杨和中国山杨两个独立物种。

美洲山杨是雌雄异株的植物，潘多是一棵雄性美洲山杨，这意味着它本身无法产生种子。虽然美洲山杨具备有性繁殖的能力，但通常情况下，它们的开花结果能力较弱，尤其是许多个体是三倍体植物，无法通过减数分裂产生有效的花粉和胚珠，直接丧失了有性繁殖的能力。这种特性使得潘多森林的繁衍几乎完全依赖克隆繁殖。然而，这种克隆过程并非简单的复制粘贴。在长达数万年的生长过程中，潘多群体积累了大量的遗传变异。科学家在潘多的基因组中发现了约4,000个变异位点，且空间上相邻的茎干在1到15米的小范围内拥有更多相似的基因突变位点。正是这些遗传特征，使科学家能够通过基因突变的速率，结合数学模型，推测出潘多的年龄在1.6万到8万年之间，远超此前8,000到1.2万年的估计。

潘多为何能够存续如此之久？首先，它拥有出色的生态适应性。在漫长的演化过程中，美洲山杨形成了应对山火的独特能力。当山火肆虐时，周围的针叶树常常被彻底焚毁，而美洲山杨则依靠深埋地下的根系与芽体存活下来。火灾过后，杨树反而能在空旷的土地上迅速恢复生长，占据生态优势。

从生理机制来看，潘多的长寿与其细胞修复和基因维护能力密不可分。所有生物在DNA复制过程中都会产生错误，随着时间的推移，这些错误逐渐积累，最终可能导致系统崩溃。然而，长寿植物如潘多在DNA修复方面表现出非凡的精确性。科学家发现，这种高效的修复过程依赖于DNA聚合酶、核酸外切酶和DNA修复系统的共同作用。DNA聚合酶负责识别复制过程中出现的错误，核酸外切酶切断错误的DNA片段，而DNA修复系统则补充正确的核苷酸，最终完成修复。这种精密的分工极大降低了遗传错误的积累风险，保证了潘多基因组的长期稳定性。

此外，潘多是一种三倍体植物，每个细胞中拥有三套染色体组。尽管这使它无法进行有效的有性繁殖，但三倍体植物通常具有更大的细胞、更庞大的个体和更强的环境适应能力。这些特性为潘多的长寿提供了额外的生理保障。

树木的长寿还得益于它们独特的生存结构。不同于动物依赖核心器官维持生命，树木是典型的构件生物，各个器官如根、枝、叶可以相互替代。一部分受损并不会导致整个个体的崩溃。因此，即使树干的一部分已经枯死，另一部分依然可以枝繁叶茂，继续维持生命活动。此外，树木的缓慢生长减少了在细胞分裂和组织更新时出现重大错误的概率。这种低风险、模块化的生存策略，使得树木在漫长的岁月中能够更稳定地延续生命。

科学家还发现，树木在基因层面拥有独特的保护机制，可以有效防止有害基因突变的累积。这一机制在潘多这样的长寿植物中尤为关键，尽管具体的运作方式仍需要更多研究来揭示。

对于大多数植物而言，避免遗传错误的积累有两种主要策略：一种是缩短生命周期，通过有性繁殖产生种子，从而在新一代中“重启”基因组；另一种则是像潘多这样，通过高效的DNA修复系统和生理结构维护基因组的稳定性，以实现超长的生命周期。

研究潘多这样的长寿植物，不仅有助于揭示生物寿命的基因基础，还可以帮助科学家深入理解DNA复制与修复机制。这些发现不仅对医学领域具有潜在的应用价值，还可以为培育更具韧性和高适应性的林木提供关键的科学依据。

潘多不仅是一棵树，它是一片森林，更是一座活着的时间丰碑。它跨越万年时光，静静地伫立在北美的土地上，见证了岁月的流转，讲述着生命的奇迹与自然的伟大。

本文为科普中国·创作培育计划扶持作品

作者：史军 中国科学院植物学 博士

审核：顾垒 首都师范大学生命科学学院 副教授

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司