不久的將來，汽車的燃油可能來自大自然的生物，比如玉米、大豆、菜籽、藻類等產油原料。
其中的藻類植物多分布在海洋、江河和湖泊中，近年來，一些藻類植物受到氣候變暖的影響正大規模生長，甚至造成所在水域出現「綠色汙染」，遭遇唾棄。然而，在能源領域藻類卻是新型生物柴油的代表作物，並且廣受重視。
日前，中國科學院青島生物能源與過程研究所（以下簡稱青島能源所）單細胞研究中心主任徐健帶領研究人員，以微擬球藻為模式生物，較系統地闡明了高產油性狀的遺傳基礎及進化機制，為高產油藻的篩選和育種提供了嶄新的思路。
早在1912年，柴油機的發明者德國工程師魯道夫·狄塞耳就給出預言：「植物油將成為引擎燃料。」
藻類作為能源作物的構想源於20世紀五六十年代的美國。徐健告訴《中國科學報》記者：「科研人員當年通過實驗證明，在缺乏氮或矽等礦物質時，能刺激藻類產油，只是該研究並沒有深入進行下去。」
轉眼間20年過去，到了上世紀70年代早期，石油禁運導致全球油價一路高漲，美國能源部在這場危機的逼迫下開展了水生物種計劃，初衷是希望利用藻類的生物質分解產生沼氣與氫氣。
在一系列實驗之後，科研人員發現了部分能大量產油的藻類品系，因此生物柴油被列為研究的重心。科研人員從美國各地收集了三千多種藻類，測試它們在溫度、鹽度、酸鹼度各異的水體中的產油能力，最終將研究對象鎖定在綠藻和硅藻。
徐健指出：「受制於當時的研究工具和手段，產油藻類的研究主要集中在對物種認識的層面。」
當年，產油微藻的研究不得不止步於高昂的煉油成本。1995年的石油價格是每桶20美元。同期的藻類柴油成本在每桶59到186美元之間。「與化石燃料相比，藻類柴油不是很划算」。
任何能源要有效替代化石燃料，都必須克服兩大難關——產量與成本。曾有研究表明，在每公頃土地上，玉米的年產油量120升，大豆年產油為440升，藻類達1.5萬～8萬升。
單位產量高，種植面積廣，能量密度高，這三者讓藻類成為生物能源的潛在產量之王，那麼現在需要克服的是成本問題。
在過去近20年的時間裡，科學家一直在探索如何降低成本，如今徐健帶領團隊的研究目的是希望在全基因組的層面，考察微藻產油性狀的遺傳規律和進化機制，為破解成本問題提供理論依據。
細絲狀的綠藻個體在某些情況下會形成球狀集合體，外觀看起來就像是綠色的毛線球，微擬球藻是一類球狀的微藻。
微藻通過光合作用，在地球生物圈的碳固定、初級生物量積累和能量轉化等方面發揮著重要作用。一些具有含油量高、生長速度快、抗逆性強等生理特徵的微藻，具備規模生產生物柴油等可再生燃料的潛力。
微藻經過篩選和培育後，可獲得性狀優良的高含油量藻種，在適合的環境內吸收陽光、二氧化碳等，生成微藻生物質即富集油脂，經過人工分離採收集、濃縮等加工過程，最後轉化為微藻生物柴油。其中，微擬球藻的油脂含量佔乾重比重達68%以上。
此外，微擬球藻還具備一些客觀優勢，比如可在多種地域和氣候條件下進行室外規模培養、適應和利用電廠煙道氣（二氧化碳）、甘油三酯（可用於製備生物柴油，）含量高、能生產不飽和脂肪酸如EPA（魚油的主要成分）等高值保健品。
徐健向記者介紹：「微擬球藻是能用海水培養的主要能源藻種之一。我國海岸線長，利用海水培養能源微藻不與糧爭地，因此具備巨大發展潛力。」
徐健的研究團隊來自於青島能源所新成立的單細胞研究中心。而研究對象微擬球藻多數是單細胞生物。「單個活體細胞是自然界生命活動的基本單元和進化的基本單位，利用單細胞研究中心的分析儀器和技術體系，將能夠解析生命體系最深層次的異質性和運作機制」。
團隊的研究指向微藻產油性狀的遺傳和進化機制，也為其在單個細胞尺度研究產油性狀的調控機制和微進化規律奠定了基礎。
如何在海量的基因組數據中推導油脂合成基因的進化來源，這是我們在研究中遇到的困難之一。徐健表示。
為了避免基因組取樣的偏好性，團隊的分析囊括了目前已經發表在公共資料庫中的所有基因組信息，並採取兩種模型構建進化樹，只有當兩者均展現清晰的進化來源且相同時，才會被用來推斷結論。
團隊對分屬五個種系的六個微擬球藻株的基因組解析和比較，發現在脂肪酸合成和組裝途徑上，多個關鍵功能酶基因的拷貝數顯著增多，這促使微擬球藻高效合成甘油三酯。
「這些發現是首次針對一大類別的產油微藻，系統闡明了其產油性狀的遺傳多樣性和進化機制，而且我們貢獻的6個基因組包括了微擬球藻這一類群中所有已知種」。
由於產油微藻尚缺乏現成的模式研究體系，徐健團隊的工作將推動一個新的微藻光合產油的系統生物學與合成生物學模式研究體系的確立。
微藻群體遺傳學是一個新開拓的研究領域，團隊在細胞網絡和分子層面研究微藻油脂合成的調控機制提供共享數據，並將對國際微藻能源研究群體將產生一定影響。
雖然微藻產油目前還處於實驗室研究階段，但相比石油和煤炭等不可再生能源，微藻制油能讓碳排放降為零，因此，徐健團隊現在的研究是一項造福子孫後代的工作，未來將在海洋開闢出無邊的「綠色油田」。
《中國科學報》 (2014-01-28 第5版 創新周刊)