细胞是如何进化出响应外部物理、化学及生物学信号的能力的呢？不难理解，细胞可以同时响应并利用光与重力等环境因子。光合作用起源于大约10亿年前，彼时具有光合作用能力的现代蓝细菌的古老祖先被早期的细胞所吞噬，产生了叶绿体，从而推动了植物的进化。光合作用可分为两个阶段：第一阶段是对光能进行化学捕集；第二阶段是将能量转化为复杂的含碳化合物，例如糖类。这些糖分子可以通过直接或间接的方式被植物用于生长，或被地球上所有不具备光合作用的生物当作食物来源。位于深海以及深海洞穴中的细菌是地球上唯一能够在完全缺乏阳光的情况下仍然存活的细胞，它们可以利用火山或地热作为能源，并以硫元素而非氧元素作为生化基础。随着人们对地球前10亿年历史有了更多的了解，我们发现似乎所有细菌都必须能够在没有氧气存在的情况下存活。在30亿~40亿年前，地球表面逐渐冷却，此时水生细菌可以利用二氧化碳，在阳光照射的海洋中产生氧气与复杂的碳水化合物。大气中氧气含量的提升经历了数个阶段，起始于大约25亿年前的“大氧化事件”。然而，只有当“雪球地球”的冰川融化之后，氧气浓度进一步提高之时，大气的含氧量才足以维持多细胞动物的生存。适合大多数复杂生命体生存的地化条件大约在6亿年前才成功建立，这或许是改变地球的最为重要的事件。

所有生命体均能对光和重力产生反应。植物上层部分通常具有摆脱重力以及向阳的生长特点，但在国际空间站中，苔藓往往呈螺旋状生长，而并不能保持其正常的直立结构。由此可见，重力对植物具有重要的影响。高等植物的生长由一种微小的致密淀粉填充颗粒（淀粉体）所调控。这些颗粒存在于一种特化细胞——平衡细胞的细胞质中。平衡细胞位于植物的根部与芽的连接层中。在重力的影响下，这些颗粒通常沉降至细胞底部，而在空间站的微重力条件下，颗粒则“漂浮”在细胞质中，因此无法建立正常的生长模式。淀粉体在肌动蛋白丝细胞骨架网络中的正常沉积可以激活一种分子信号传导通路，进而导致植物激素生长素的重分布。细胞内生长素水平的改变十分复杂，它一方面可以促进芽中的细胞伸长，另一方面又抑制了根部生长。