對外界進行響應

  細胞是如何進化出響應外部物理、化學及生物學信號的能力的呢？不難理解，細胞可以同時響應並利用光與重力等環境因子。光合作用起源於大約10億年前，彼時具有光合作用能力的現代藍細菌的古老祖先被早期的細胞所吞噬，產生了葉綠體，從而推動了植物的進化。光合作用可分為兩個階段：第一階段是對光能進行化學捕集；第二階段是將能量轉化為複雜的含碳化合物，例如糖類。這些糖分子可以通過直接或間接的方式被植物用於生長，或被地球上所有不具備光合作用的生物當作食物來源。位於深海以及深海洞穴中的細菌是地球上唯一能夠在完全缺乏陽光的情況下仍然存活的細胞，它們可以利用火山或地熱作為能源，並以硫元素而非氧元素作為生化基礎。隨著人們對地球前10億年歷史有了更多的了解，我們發現似乎所有細菌都必須能夠在沒有氧氣存在的情況下存活。在30億~40億年前，地球表面逐漸冷卻，此時水生細菌可以利用二氧化碳，在陽光照射的海洋中產生氧氣與複雜的碳水化合物。大氣中氧氣含量的提升經歷了數個階段，起始於大約25億年前的「大氧化事件」。然而，只有當「雪球地球」的冰川融化之後，氧氣濃度進一步提高之時，大氣的含氧量才足以維持多細胞動物的生存。適合大多數複雜生命體生存的地化條件大約在6億年前才成功建立，這或許是改變地球的最為重要的事件。

  所有生命體均能對光和重力產生反應。植物上層部分通常具有擺脫重力以及向陽的生長特點，但在國際空間站中，苔蘚往往呈螺旋狀生長，而並不能保持其正常的直立結構。由此可見，重力對植物具有重要的影響。高等植物的生長由一種微小的緻密澱粉填充顆粒（澱粉體）所調控。這些顆粒存在於一種特化細胞——平衡細胞的細胞質中。平衡細胞位於植物的根部與芽的連接層中。在重力的影響下，這些顆粒通常沉降至細胞底部，而在空間站的微重力條件下，顆粒則「漂浮」在細胞質中，因此無法建立正常的生長模式。澱粉體在肌動蛋白絲細胞骨架網絡中的正常沉積可以激活一種分子信號傳導通路，進而導致植物激素生長素的重分布。細胞內生長素水平的改變十分複雜，它一方面可以促進芽中的細胞伸長，另一方面又抑制了根部生長。