人们早就知道植物会释放化学物质来应对压力并向邻居传递信息。来自 Bigelow 实验室的一组科学家发现，灰藻(一小群与植物关系较远的单细胞藻类)似乎也有同样的化学交流倾向。这表明，以这种方式使用化学线索的能力可能并非如人们曾经认为的那样是复杂生命所独有的，而是在生命之树上更早进化而来的。
“我们正在研究这种与植物有共同祖先的生物，它使用一种人们曾经认为只有植物才会使用的交流方式，”该研究的合著者、高级研究员约翰·伯恩斯 (John Burns) 说道。“可能许多生命分支最初都使用类似的交流工具，但后来在特定的遗传方式上出现了分歧。”
发现细胞通讯在新谱系中的运作方式有助于科学家了解这些能力是如何出现并随时间变化的。微藻和灰绿藻一样，对水生系统的生物地球化学循环也至关重要，因此了解它们对于预测更大的生态系统如何运作至关重要，尤其是在压力情况下。
“植物和灰藻使用的基本通信过程相似，它们基于相同的生命基本组成部分，”Baptiste Genot 说道，他是 Bigelow 实验室的前博士后研究员，也是这项研究的主要作者。“但超越植物去了解像这些藻类这样的单细胞如何进行这些过程确实开辟了一条新道路。”
他们的研究结果最近发表在《真核微生物学杂志》上。
科学家们早就知道，植物会释放激素和其他有机化合物等信息分子，以此来传递信息并适应温度变化或接触毒素等压力环境。但尽管微藻是水生系统中最丰富的初级生产者，但关于它们所采用的策略的信息却少得多。
其中包括灰藻，即所谓的古藻纲的三个主要谱系之一。已知该类群中的生物，包括植物以及绿藻和红藻，在十亿多年前拥有共同的祖先。了解这些不同生物使用的复杂沟通策略之间的共同点可以帮助科学家绘制谱系彼此分支的时间线。它还可以帮助他们更好地了解用于光合作用的工具是如何进化的。
“灰绿藻是生命的另一个分支，它与植物祖先同时发展出叶绿体，但进化方向却完全不同，”伯恩斯说。“所以，你可以利用这些比较来回答有关所有生命分支的光合作用的基本问题。”
研究人员重点研究了一种名为Cyanophora paradoxa的灰藻。他们发现，在应对光线变化等外部压力时，C. paradoxa会产生乙烯等强效激素，乙烯在果实成熟过程中起着关键作用，已知植物在应对压力时会释放这种激素。当研究小组向藻类提供一种乙烯前体的化学物质时，他们发现灰藻会产生大量这种激素，并减缓其生长速度。
“如果你研究植物的基因，你绝对不会想到灰藻可以使用相同的信号通路，因为它们没有相同的‘部分’，”伯恩斯说。“我们经常用植物作为光合作用生命的基线，但在这个例子中，它们是朝着不同进化方向发展的‘怪人’。在这些行为方面，灰藻可能与其他藻类有更多共同之处，而不是植物。”
这项研究首次证明了灰藻会释放激素作为应激反应，但这些生物如何改变它们的实际行为(如它们如何游泳或发育)以应对这些激素，这仍是一个问题。伯恩斯和吉诺特还对生态系统中的其他生物如何应对这些化学变化感兴趣，以及其他藻类是否使用这些相同的激素线索进行交流。
不过，除了交流之外，这项研究还更广泛地强调了灰藻的价值。由于它们在生命之树中的独特地位、它们在实验室中的稳定性以及它们生长的速度——伯恩斯将它们比作“杂草”——它们是解答进化史问题甚至开发藻类产品(如塑料替代品)的宝贵工具。
“我们对这些单细胞、光合真核生物和栽培植物的了解之间的知识差距仍然很大，”Genot 说。“这很有挑战性，但也很令人兴奋，因为我们还有很多东西需要了解这些生活在我们周围的小细胞!”