海洋占地球表面的70%以上，是无数生命的家园，维持着生态平衡，支撑着人类的福祉。其中，褐藻（Phaeophyceae）在维持沿海栖息地、支持海洋生物多样性和通过碳捕获应对气候变化方面发挥着至关重要的作用。虽然它们长期以来一直引起科学界的兴趣，但这些生物的基因组和进化史在很大程度上仍未被探索。

成均馆大学的研究人员通过对44种褐藻进行全面的基因组分析，揭开了褐藻的进化之旅。这项研究于2024年11月20日在网上发布，并于2024年11月27日发表在《细胞》第187卷第24期。它创建了Phaeoexplorer数据库，这是比较基因组学的一个有价值的工具。研究人员探索了关键的进化里程碑，包括从单细胞到多细胞形式的转变，以及将病毒序列整合到褐藻基因组中——这是一个以前从未探索过的领域。

这项研究揭示了褐藻历史上的两个主要进化里程碑。主要作者Hwan Su Yoon教授解释说：“大约4.5亿年前，褐藻从单细胞生物转变为简单的多细胞生物。这种转变是由细菌的水平基因转移所驱动的，这使得重要的细胞壁成分如海藻酸盐和植绿素得以合成。藻类聚集了这些适应性，改善了细胞间的交流，并防御捕食者，这标志着它们进化的关键一步。”

大约2亿年前，随着泛大陆的分裂，褐藻经历了重大的物种多样化。Yoon教授解释说：“这种多样化导致了复杂生命周期的发展，结构创新和专门的代谢途径，塑造了各种物种的生态角色。该研究还揭示了褐藻基因组中广泛存在的病毒整合，在分析的69个基因组中有67个发现了Phaeovirus序列。”这些病毒整合可能在塑造褐藻的进化和多样性方面发挥了关键作用。

这项研究为褐藻的实际应用提供了有价值的见解。在水产养殖方面，它支持有商业价值的重要物种如裙带菜和粳稻的选择性育种计划，提高生产力和抗病性。在生物技术领域，海藻酸盐等化合物的生物合成为健康补充剂、生物活性物质和可持续生物材料打开了大门。该研究还强调了褐藻在减缓气候变化方面的潜力，特别是在碳捕获和生态系统恢复方面，突出了它们的生态和经济效益。

这项研究还为气候变化如何影响海洋生态系统提供了有价值的见解。尹教授说：“通过分析过去的环境变化如何影响褐藻的进化，我们可以更好地预测未来气候变化如何影响海洋生物多样性。从这项研究中建立的基因组资源有助于识别增强生态恢复力的特征，指导开发能够抵抗气候压力（如气温上升和海平面变化）的褐藻的努力。”此外，促进海带森林作为“蓝碳”储存库提供了固碳的自然解决方案，减轻了气候变化的影响，同时促进了海洋环境的生态可持续性。

通过破译褐藻的基因组成，这项研究增强了我们对海洋生态系统的理解，并为我们如何利用它们的生态和经济潜力实现更可持续的未来提供了见解。

海洋是地球恢复力的关键，这项研究为基于大自然智慧的可持续未来提供了路线图。