蓝藻，一种可以进行光合作用的最古老细菌类型之一，被发现能够以类似于调幅（AM）无线电信号传输的方式管理其基因。
蓝藻是一种进行光合作用的古老细菌谱系，已发现它们利用与调幅无线电传输相同的物理原理来调控其基因。
最近发表在当前生物学的研究表明，蓝藻利用脉冲强度（幅度）的变化在单个细胞内进行通信。这项研究增强了我们对生物节律如何同步以管理细胞活动的理解。
在调幅（AM）无线电的领域中，由振荡电流产生一种称为载波波的稳定波形。音频信息——如音乐或语音——通过根据音频信号的频率调整其幅度层叠到此载波波上。
这项由剑桥大学萨恩斯贝里实验室（SLCU）的詹姆斯·洛克教授和华威大学的布鲁诺·马丁斯博士领导的研究发现，蓝藻中也存在类似的调幅无线电类型的机制。
对蓝藻而言，细胞分裂的过程——即单个细胞生长并分裂成两个细胞——作为“载波信号”。而调制则来自于细菌内部的24小时生物钟，它持续跟踪时间。
这一发现解决了细胞生物学中一个长期存在的问题，即细胞如何合并来自两个循环过程的信息——细胞周期和昼夜节律——这些过程以不同的频率运作。之前，这两个周期是如何同步工作的依然是个谜。
为了解开这个谜团，研究团队利用单细胞时间流逝显微镜技术结合数学建模。通过时间流逝显微镜，他们监测了一个名为RpoD4的蛋白质的表达，该蛋白质对转录的启动至关重要，转录是将DNA中的遗传信息转变为RNA的过程。数学建模使研究人员能够深入探讨信号处理方法，并将发现与显微镜结果进行比较。他们发现，RpoD4以与细胞分裂重叠的脉冲激活，非常适合观察。
首席作者叶超博士表示：“我们发现昼夜节律影响这些脉冲随时间的强度。利用这种方法，细胞可以在单一输出中编码来自两个不同振荡过程的信号：脉冲频率指示细胞周期的信息，而脉冲强度则反映24小时的时钟。这是我们首次记录到昼夜节律通过脉冲幅度调制来管理生物功能的实例——一个通常与通信技术相关的概念。”
“通过环境光改变细胞周期的频率，或通过遗传变化改变昼夜节律，我们确认了基本原理。看到自然中出现我们通常视作自己工程概念的例子令人印象深刻，”共同通讯作者马丁斯博士如此说道。“蓝藻已经存在27亿年，并优雅地解决了这一信息处理挑战。”
洛克教授补充道：“我们关注蓝藻的一个原因是它们拥有所有生物中最简单的昼夜节律钟。理解这一点为分析更复杂生物的时钟提供了基础，包括人类和农作物。”
“这些见解可能对合成生物学和生物技术产生更广泛的影响。例如，它可能有助于创建更能适应不断变化的环境条件的作物，这对农业和可持续性至关重要。”
