本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
紅藻是植物進化史上的“陪跑者”。儘管它們是海洋中種類最多的海藻，但它們在淡水中很少出現，在陸地上則從未出現，因此幾乎沒有人聽說過它們（儘管如果你吃過壽司，你肯定有過與紅藻的親密接觸）。
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這其中的原因長期以來一直是個謎。但一個歐洲科學家團隊在2013年發現，紅藻作為一種多細胞生物，其基因數量少得驚人——甚至比幾種單細胞綠藻還要少。這或許可以解釋為什麼如此多樣且豐富的藻類從未登陸陸地，以及為什麼當你向窗外看時，看到的是一片綠色而不是紅色。可憐的紅藻怎麼了？但首先，你可能想知道更基本的問題——紅藻到底是什麼？
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紅藻——再說一次，海藻——是紅色的，這要歸功於捕光色素藻紅蛋白。紅光不易穿透水。藍光可以——它是黃昏帶中最後消失的顏色。藻紅蛋白吸收和捕獲藍光能量並反射紅光，這使得擁有它的藻類在深水中生活具有優勢。當然，紅藻也像其他光合生物一樣擁有葉綠素，而且並非所有紅藻看起來都是紅色的。由於其他色素豐富而藻紅蛋白匱乏，一些紅藻呈現藍色或綠色。一些紅藻看起來不像海藻，實際上像珊瑚一樣為自己建造堅硬的骨骼，並被恰如其分地稱為“珊瑚藻”。
兩種著名的具有重要經濟價值的產品是由紅藻製成的。卡拉膠，這種凝膠狀的增稠劑使從冰淇淋到沙拉醬的一切都變得奶油般順滑，是從它們的細胞壁中提取的。而紫菜——無處不在的壽司海苔——儘管其乾燥後呈現深橄欖色，但也是由紅藻製成的。
紅藻已經存在很長時間了。它們代表了我們所擁有的最早的可識別的複雜、有性生殖生命的化石。然而，長期以來人們也知道它們具有某些怪癖。最怪異的怪癖之一：它們缺乏鞭毛，鞭毛是廣泛存在的細胞尾巴，甚至我們（或者更確切地說，男性）以及與蕨類植物和真菌類植物病原體（稱為水黴）等遙遠的親戚都擁有鞭毛。紅藻也缺乏中心粒，中心粒是幫助協調細胞分裂的細胞微結構，儘管針葉樹、開花植物和大多數真菌也缺乏中心粒。
科學家們測序的紅藻是愛爾蘭苔蘚——皺波角叉菜——一種常見於北大西洋沿岸的海藻。在它的基因組中，他們發現了9,606個基因。相比之下，單細胞綠藻萊茵衣藻擁有14,516個基因，而普通的綠色植物擬南芥擁有27,416個基因。一個大型複雜的生物體能夠僅用單細胞生物三分之二的基因舒適地運作，這是一個令人印象深刻和震驚的發現。
重申一下：這個生物體
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可以用驅動這個生物體基因數量的三分之二來執行
未按比例繪製（顯然）。大多數衣藻的長度範圍為10-30微米。知識共享 Ninghui Shi。點選此處檢視來源。
皺波角叉菜似乎也將其基因組精簡到基本要素，消除了在其他生物體中執行冗餘功能的基因。它有82個用於製造核糖體的基因，而綠色植物擬南芥中有349個。它所擁有的基因間隔非常緊密。
除了缺乏任何鞭毛特異性基因——考慮到紅藻沒有鞭毛，這並不令人驚訝——愛爾蘭苔蘚只擁有一個光敏蛋白：隱花色素。光敏蛋白允許生物體“看到”；你的光敏蛋白位於你的視網膜中。植物利用它們的光敏蛋白來指導它們的生長和發育，大多數植物擁有幾種光敏蛋白。因此，對於一種光合生物來說，只擁有一個光敏蛋白是另一個巨大的驚喜。
皺波角叉菜也只有極少的內含子——基因內部的RNA片段，在蛋白質生產過程中會被編輯掉。它擁有的少量內含子很小，可能具有重要的調控功能，根據條件需要增加或減少蛋白質的產量。其餘的真核生物——地球上除細菌和古菌以外的所有生命——都擁有大量的內含子。
總之，這些證據使科學家團隊提出，紅藻經歷了一次“進化瓶頸”——紅藻種群及其基因組急劇縮小的事件。科學家們推測，在紅藻進化後不久的某個時候，它們適應了一種環境，這種環境對小體型、以極少量食物生存的能力，或者兩者兼而有之施加了強大的選擇壓力。其結果是基因組大小的急劇縮小，從基因組中剪除了內含子、非編碼DNA和多餘的基因。
是什麼可能促成了這次瓶頸？作者認為，紅藻梅羅拉紅藻和硫磺格爾地藻的生活習性可能提供了一個線索：它們都生活在炎熱、酸性的水中。這種極端環境引起的基因組壓縮也可能解釋了為什麼皺波角叉菜擁有異常多的在其他生物體中沒有已知對應物的基因。一旦紅藻離開了它們的酸浴環境，它們可能不得不從頭開始重新發明基因，以滿足普通海水中所需的許多功能。
尚不清楚為什麼酸性熱水應該有利於小基因組，但顯然它在活紅藻中確實如此。由於已知藍細菌（藍綠藻）——早期紅藻可能的主要競爭對手——會避開這種環境，因此這些令人望而卻步的環境可能為早期紅藻提供了一個黃金機會，讓它們在其他生物很少利用的地方茁壯成長。另一方面，它們的火的考驗可能使它們永遠被囚禁在海洋中。由於缺乏龐大而冗餘的基因組，進化無法在其中發揮作用並輕鬆創造新基因，它們缺乏離開海洋前往陸地新世界的遺傳潛力。
參考文獻
Collén, Jonas, Betina Porcel, Wilfrid Carré, Steven G. Ball, Cristian Chaparro, Thierry Tonon, Tristan Barbeyron 等人。“皺波角叉菜紅藻基因組結構和代謝特徵揭示了古元植物的進化。”美國國家科學院院刊 110, no. 13 (2013): 5247-5252.