人们常常会低估不起眼的微小生命的力量。或许难以置信的是，一些微观藻类正在不断改变着地球上最特殊的环境。
冰川和冰原是地球上最极端的环境之一，那里寒冷干燥，紫外线辐射也相当强。这样的环境正是一些链形植物的家园。这些特别的微观藻类细胞不仅在极端栖息地中演化繁衍，还不断塑造着冰川，对它们赖以生存的环境产生着巨大影响。
瑞士莫尔特拉奇冰川上的冰川藻类。（图/Alexander Bowles）
近日，一组国际科学团队追溯了冰川藻类数亿年前的演化历程。他们测序并分析了冰川藻Ancylonema nordenskiöldii的基因组数据，揭示了它们适应性的最初演化历程和时间。研究已于近日发表在《新植物学家》上。
色素“防晒霜”
冰川是地球上变化最快的生态系统之一。每到夏季融化季节，冰川表面就会出现大量液态水。而在这里生长的冰川藻类会让表面变得更暗，反过来进一步加速融化。
这种对极端环境的奇妙适应性，不仅需要藻类控制自身的生长和光合作用，同时还得适应和平衡它们对冰雪融化、温度和光照的耐受力。这种微小的生命究竟是怎么做到的？
研究结果表明，藻类中的一种色素起到了关键作用。这种色素被称为红倍酚（purpurogallin），它就像“防晒霜”一样，可以保护藻类细胞免受紫外线和可见光的伤害，并且还与耐低温和耐干燥性有关。
遗传分析表明，这种紫色色素的演化可能对冰川藻的多种适应性至关重要。此外，他们还发现了一些新的基因，这些基因与增强感光能力以及提高太阳损伤的修复机制有关，并且有助于提高藻类对紫外线和可见光的耐受力。这显然对生活在冰川环境中至关重要。
冰川藻类的演化
接下来，研究人员还想了解这种适应性在地球历史中是何时演化的。
地球经历了多次气候变化的波动。在数千年甚至数百万年的时间尺度上，全球气候在寒冷的冰川期和温暖的间冰期之间长期变化着。其中最引人注目的寒冷时期被称为成冰纪，可以追溯到7.2亿到6.35亿年前。当时的地球几乎完全被冰雪覆盖，因此也被形象地称为“雪球地球”。
成冰纪“雪球地球”的艺术家畅想图。（图/Wikimedia Commons）
那时的环境条件和我们如今看到的冰川和冰原非常相似。科学家因此怀疑，这一时期或许就是冰川藻类演化的关键动力。
但对遗传数据和藻类化石的分析得出，冰川藻类大约是在5.2亿到4.55亿年前演化而来的，明显晚于成冰纪。这就排除了藻类演化与成冰纪雪球地球环境的联系。
然而，研究人员确实发现，冰川藻类和陆地植物的共同祖先就是在成冰纪前后进化而来的。这种古老的藻类是多细胞的。后来，包含冰川藻类的类群反而失去了创造复杂多细胞形态的能力。多细胞性的丧失伴随着遗传多样性的大量丧失，丢失的基因主要与多细胞发育有关。这很可能是对成冰纪极端环境胁迫的反应。
换句话说，这些藻类非但没有变得更复杂，反而变简单了，并一直延续至今。从更复杂的祖先演化出更简单的形态，这是通过降低复杂性实现演化的一个例子，很好地说明了生物演化的方向并不一定是越来越复杂。
在过去7亿年间，这些藻类以其微小的身躯生存下来，既能抵御严寒，又能保护自己免受太阳的照射。这些适应性为它们今天在冰川上的生活做好了准备。这种适应性相当特殊，因此只有很少数藻类最终有能力在冰川上生活。这与生活在雪地上的数百种藻类形成了鲜明对比。
如今的冰川藻类和它们的陆地植物亲属已经截然不同。（图/Alexander Bowles）
尽管如此，当液态水在冰川表面形成时，冰川藻类还是会对广袤的冰原产生巨大影响。2016年，格陵兰冰原上藻类的生长就导致径流增加了44-60亿吨。
研究也进一步了解了冰川藻类从古至今的演化故事。了解这些藻类有助于我们理解这些不起眼的生物在塑造脆弱生态系统中的作用。面对不断变化的气候，认识它们或许也是预测地球未来冰雪环境的关键。
#创作团队：
原文作者：Alexander Bowles（布里斯托大学博士后研究员）
编译：Takeko
排版：雯雯
#参考来源：
https://theconversation.com/how-glacier-algae-are-challenging-the-way-we-think-about-evolution-232097
https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.19860
#图片来源：
封面图&首图：Goodfon.com
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